[發(fā)明專利]一種金剛石夾心式硬質(zhì)合金礦山鑿巖刀片制備技術(shù)

無效

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• 申請日: 2012-04-10
• 公開（公告）號: CN103362445A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳慶華;吳慶文;金昕
• 申請（專利權(quán)）人: 吳慶華;吳慶文;金昕
• 主分類號: E21B10/46
• 分類號: E21B10/46;B22F7/06
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料中硬質(zhì)合金礦山工具合金的制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種新的用人造金剛石夾心技術(shù)，在常規(guī)硬質(zhì)合金礦山鉆頭刀片的工作截面內(nèi)，均勻地深段的高壓機(jī)械嵌入人造金剛石顆粒，并經(jīng)高溫釬焊加固，制備成一種鉆進(jìn)速度和耐磨性能極佳的新型硬質(zhì)合金礦山鑿巖刀片。這種技術(shù)適合于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，便于推廣使用，市場前景十分廣闊。?

背景技術(shù)

我國是硬質(zhì)合金生產(chǎn)大國，每年產(chǎn)量超過8000噸。我國鎢礦資源十分豐富，占世界首位，每年在礦山工具方面消耗的硬質(zhì)合金約超過1500噸。隨著國民經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，在鐵路、公路、礦山。煤礦及房地產(chǎn)等行業(yè)，大量需要硬質(zhì)合金礦山鉆頭刀片。我國自1952年開始大量生產(chǎn)并擁有世界最大規(guī)模的生產(chǎn)基地。無論生產(chǎn)品種、型號及合金性能上一直處于世界一流水平。但就礦山鉆頭刀片來說，無論是國內(nèi)或國外各家產(chǎn)品，除在合金成分和尺寸上有些改變外，其他方面均未改變，因此6Q多年來礦山鉆頭的鉆進(jìn)速度和耐磨壽命一直是人們期盼提高和改進(jìn)的問題。由于這種鉆頭刀片使用的條件往往是在十分寒冷潮濕及炎熱，而且通風(fēng)、排塵十分惡劣的地下和山洞條件下，顯然無論何人都希望鉆頭刀片的切削鉆進(jìn)速度越快，耐磨壽命越高，越好。但遺憾的是60多年來鉆頭刀片的性能沒有多少變化。這主要是由于硬質(zhì)合金中采用的硬質(zhì)相為(WC)碳化鎢相，其維氏硬度為Hv＝1780(kg/mm²)。但是，實(shí)際礦山需要鑿巖的石材中，往往含有很多比WC還硬的顆粒，如金剛石、Al₂O₃、NbC、VC、TiC、Z_rC、H_fC、及很多復(fù)合陶瓷顆粒。這些顆粒的維氏硬度Hv，金剛石＝6800(kg/mm²)，Al₂O₃＝2800(kg/mm?²)，NbC＝1961(kg/mm²)，VC＝2094(kg/mm²)，TiC＝3200(kg/mm²)，Z_rC＝2925(kg/mm²)，H_fC＝2915(kg/mm²)等，遠(yuǎn)比WC硬度高，因此僅靠硬質(zhì)合金中WC的高硬度進(jìn)行切削巖石是有限的，它只能在巖石的莫氏硬度為6級以下時(金剛石為10級)才能很好的進(jìn)行切削工作。但實(shí)際上，由于巖石的脆性較大，材料工作者很早就想到在鉆頭工作時可利用強(qiáng)大的撞擊力，先將巖石表面撞裂然后再進(jìn)行切削。事實(shí)上為了適應(yīng)抗沖擊力的使用條件，在生產(chǎn)合金時特地選用了粗顆粒(平均粒徑20～30um)的WC粉，形成了一種特有的耐沖擊性很好的YG11C，牌號的硬質(zhì)合金，盡管如此，地質(zhì)工作者和礦山工作者仍希望在鉆頭合金材料上能有更新的突破。?

眾所周知，金剛石是自然界中硬度最高(Hv＝6800kg/mm²)的物質(zhì)，80年代后期我國人造金剛石產(chǎn)量已躍居世界第二位，目前已居第一位。80多年來人們就希望用金剛石材料做成礦山用的鉆頭刀片，世界各國均作了大量的研究工作，除了在鉆具(如鉆桿和鉆頭的外形尺寸，形狀，空心結(jié)構(gòu)等)上進(jìn)行了大量改進(jìn)外，在使用金剛石材料上也作了大量的研究，主要是采用低熔點(diǎn)金屬和合金(銅、鋅、錫、銀、鉛等)對金剛石顆粒(混合粉熱壓工藝)孕鑲技術(shù)和大顆粒金剛石的(表面鑲嵌焊接工藝)表鑲技術(shù)。上述兩種技術(shù)也有多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。特別是用孕鑲技術(shù)大量生產(chǎn)用于各種陶瓷、玻璃、硅單晶、水泥、磚石等的金剛石切割片或大理石切割，研磨工具等。表鑲技術(shù)很早也被用于制造地質(zhì)鉆頭和石油鉆頭。但是近100多年的研究表明，沒有任何一種液態(tài)金屬能夠完全浸潤(浸潤角為零)金剛石表面。這實(shí)際上?說，沒有任何一種低溶點(diǎn)(＜1000℃)的金屬或合金能夠作為金剛石的焊接金屬。因此上述的孕鑲和表鑲技術(shù)，實(shí)質(zhì)上并不是把金剛石焊接在合金內(nèi)，只不過是在高溫下用已經(jīng)柔軟的低熔點(diǎn)金屬將金剛石顆粒，機(jī)械式的包鑲起來。這樣從材料結(jié)構(gòu)上看就會出現(xiàn)致命的弱點(diǎn)：?

1、低熔點(diǎn)金屬和合金(一般硬度，強(qiáng)度均低、易變形)不能對金剛石顆粒提供大負(fù)荷的三維高強(qiáng)度的剛性支撐，又沒有很強(qiáng)的焊接介面，在切削工作時金剛石顆粒很易脫落，故只能在高速條件下，盡量利用和發(fā)揮金剛石的動能切削能力較為合適。正因如此，勢必要求切削工具的速度必然是高速。一般線速度＞50米/秒?

2、金剛石工具必須在水冷或強(qiáng)風(fēng)冷條件下才能工作，否則因低熔點(diǎn)金屬很快升溫軟化而失去包鑲和硬支撐條件，金剛石很快脫落。?