稀土氧化钇对金刚石钻头胎体性能的影响

发布时间：2020-07-22 20:18

【摘要】：随着金刚石钻头在地质钻探中的广泛应用,钻进工作对钻头的要求也随之变得越来越高,其中钻头的钻进效率和使用寿命是评价钻头性能的重要指标。钻头胎体是包镶金刚石、影响钻头性能的重要组成部分。因此钻头胎体材料的优化设计对提高金刚石钻头的性能有着重要意义。为了提高钻头的钻进效率和使用寿命,本文选择在胎体中添加氧化钇,通过烧结不同胎体配方的试样,测试各试样的硬度、冲击韧性以及抗弯强度,并通过扫描电镜观察试样的断口形貌,研究氧化钇对胎体各项性能的影响,以及氧化钇改善胎体性能的作用机制。最后通过微钻实验验证添加氧化钇的新型金刚石钻头在实际工作中的可行性。通过对不同添加量的胎体试样进行了室内实验,发现添加适量的氧化钇能明显提高胎体的力学性能。与未添加氧化钇的胎体材料相比,添加0.8%稀土氧化钇时,其抗冲击韧性提高了约90%,抗弯强度提高了16%,硬度提高了15%以上,此时胎体性能达到最佳效果,原因是氧化钇的添加能通过弥散强化以及细化晶粒等作用改善胎体内部结构,使胎体更加致密化,从而提高了胎体性能。另外通过扫描电镜观察金刚石复合材料的断口形貌发现,添加0.8%氧化钇能改善胎体与金刚石之间的粘结性与润湿性,提高胎体对金刚石的包镶能力。但氧化钇的添加不能降低胎体的烧结温度,最佳烧结温度与未添加氧化钇胎体的烧结温度一样,仍为830℃。通过微钻实验,进一步得出添加氧化钇的新型金刚石钻头具有更好的钻进效果,其使用寿命也有明显提高,是未添加氧化钇的金刚石钻头的2倍左右。证明了添加氧化钇的金刚石钻头在实际钻探工作中的可行性。
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P634.41
【图文】：

洛氏硬度,实验原理

3.3 胎体洛氏硬度对于粉末冶金材料，其硬度与耐磨性是成正比关系的，当试样的硬度越高，耐磨性就越好，相反硬度越低其耐磨性就相对越低。测试胎体试样的洛氏硬度，用 HR-150A 型洛氏硬度计进行硬度测试，并用 HRC 进行度量，每种胎体测试块试样，每种胎体的硬度取三块被测试样硬度的平均值。洛氏硬度的测定方法用规定的的压头（金刚石压头或钢球压头），在先后施加两个载荷（预载荷 P0总载荷 P）作用下压入试样表面，当卸除主载荷 P1，保留预载荷 P0时，测量压入深度为 h1，以压入深度 h1和在预载荷作用下的压入深度 h0做差，所得值h 的值表示洛氏硬度的高低。当深度差Δh 越大，表示其硬度值越低；深度差h 小，则硬度值高。其作用原理见图 2-1

花岗岩,微钻

；针对添加金刚石的试样，观察试样内金刚石与基体的结合情况，分析胎体对刚石的包镶性能。.4 微钻试验.4.1 微钻试验设备与材料（1）岩样：所钻进岩样为坚硬致密的花岗岩，其主要矿物成分有：石英、长石、黑云母等（如图 2-2 所示）；其物理力学性质如表 2-2 所示。表 2-2 花岗岩物理力学系数岩石类型抗拉强度范围（σt/MPa）抗压强度范围（σc/MPa）弹性模量范围（E /GPa）泊松比（v）花岗岩 3.92~28.4 37~241 30.4~80.2 0.17~0.36

试验钻,微钻,钻头,试验设备

微钻试验设备（3）试验钻头：试验钻头为上述试验方案所设计钻头，是Φ30/18mm微型

【相似文献】