[實用新型]具有軟芯結(jié)構(gòu)的聚晶金剛石復合片

有效

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• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN212027670U
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 江雨明;張彩琴
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州思珀利爾工業(yè)技術(shù)有限公司
• 主分類號: E21B10/46
• 分類號: E21B10/46;B32B9/00;B32B9/04;B32B15/00;B32B15/04
• 代理公司: 南京艾普利德知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32297
• 代理人: 陸明耀

本實用新型揭示了一種具有軟芯結(jié)構(gòu)的聚晶金剛石復合片，應(yīng)用于PDC鋸齒鉆頭，至少包括硬質(zhì)合金基體及在其上高溫高壓燒結(jié)而成的超硬材料層，所述超硬材料層的內(nèi)部有一應(yīng)力分散層，所述應(yīng)力分散層的側(cè)面為圓弧面，所述應(yīng)力分散層的中軸線與所述超硬材料層的中軸線共軸。本實用新型的有益效果主要體現(xiàn)在：結(jié)構(gòu)新穎，應(yīng)力分散層的韌性高,為超硬材料層提供了沖擊韌性，能夠吸收外圈材料在工作時受到的沖擊，從而提升整個產(chǎn)品的沖擊韌性。另外，應(yīng)力分散層的側(cè)面為圓弧面，可最大程度上降低應(yīng)力的集中點，即降低了應(yīng)力集中，大幅度提升該復合片的性能，延長使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及鉆探和機加工領(lǐng)域，具體而言，尤其涉及一種具有軟芯結(jié)構(gòu)的聚晶金剛石復合片。

背景技術(shù)

聚晶金剛石復合片(PDC)通常由超硬材料層(通常為聚晶金剛石或聚晶立方氮化硼)層和硬質(zhì)合金基體組成，是石油天然氣鉆探開采工具PDC鉆頭的核心工作部件，又稱為PDC鉆齒或PDC齒。當PDC鉆頭在進行鉆井工作時，安裝在鉆頭上的PDC鉆齒與巖石接觸,并對其研磨和破碎，如此，PDC鋸齒將承受兩種不同形式的損壞，(1)切削巖石產(chǎn)生的磨損；(2)PDC齒的超硬材料層因為與巖石產(chǎn)生沖擊造成的結(jié)構(gòu)性破損。

PDC齒的超硬材料層具有超高的耐磨性。然而，硬度往往是以犧牲韌性為代價實現(xiàn)的。通常認為PDC齒的硬度優(yōu)異，而韌性不足，屬于脆性材料。所謂“韌性”，是指材料在塑性變形和破裂過程中吸收能量的能力，定義為材料在斷裂前所能吸收的能量與體積的比值。實現(xiàn)韌性與硬度兩者之間的平衡是大多數(shù)PDC制造商試圖實現(xiàn)的目標。實現(xiàn)這一目標，可通過在PDC結(jié)構(gòu)中引入相對較軟的物質(zhì)，如此一定程度上降低了PDC的硬度和提升了PDC的韌性。在鑿巖工作中，如遇高硬度巖石地層，或夾層、礫石等非均質(zhì)地層，或鉆頭鉆具發(fā)生機械擺動和振動時，PDC齒的超硬材料層與巖石發(fā)生劇烈沖擊，容易造成超硬材料層的沖擊損壞，如崩口，斷裂，脫層等。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種具有軟芯結(jié)構(gòu)的聚晶金剛石復合片。

本實用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種具有軟芯結(jié)構(gòu)的聚晶金剛石復合片，應(yīng)用于PDC鋸齒鉆頭，至少包括硬質(zhì)合金基體及在其上高溫高壓燒結(jié)而成的超硬材料層，所述超硬材料層的內(nèi)部有一應(yīng)力分散層，所述應(yīng)力分散層的側(cè)面為圓弧面，所述應(yīng)力分散層的中軸線與所述超硬材料層的中軸線共軸。

優(yōu)選的，所述超硬材料層由高強度低韌性的材料制成，所述應(yīng)力分散層為低強度高韌性的金剛石或立方氮化硼。

優(yōu)選的，所述超硬材料層為燒結(jié)的聚晶金剛石層或立方氮化硼層，其含有鈷、鎢、碳化鎢及其化合物；所述應(yīng)力分散層為含有較高比例的鈷、鎢、碳化鎢及其化合物和含有比例較低的金剛石等脆性材料。

優(yōu)選的，所述弧形面為所述超硬材料層和超硬材料層相互交融的粗糙面。

優(yōu)選的，所述應(yīng)力分散層為圓柱狀。

優(yōu)選的，所述應(yīng)力分散層為圓錐狀或半球狀。

優(yōu)選的，所述超硬材料層的頂面和外圓周面之間通過切削面連接，所述切削面的剖切線為線性函數(shù)。

本實用新型的有益效果主要體現(xiàn)在：結(jié)構(gòu)新穎，應(yīng)力分散層的韌性高于超硬材料層提供了沖擊韌性，能夠吸收外圈材料在工作時受到的沖擊，從而提升整個產(chǎn)品的沖擊韌性。另外，應(yīng)力分散層的側(cè)面為圓弧面，可最大程度上降低應(yīng)力的集中點，即降低了應(yīng)力集中，大幅度提升該復合片的性能，延長使用壽命。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本實用新型技術(shù)方案作進一步說明：

圖1：本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式