亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        組分對鐵基金剛石鉆頭的力學(xué)性能影響研究

        2021-05-17 09:09:08
        鉆探工程 2021年5期
        關(guān)鍵詞:力學(xué)性能

        劉 冀

        (中化地質(zhì)礦山總局湖南地質(zhì)勘查院,湖南長沙410100)

        0 引言

        傳統(tǒng)的熱壓金剛石鉆頭胎體是WC基胎體,胎體材料主要包含WC、Co、Ni等金屬材料。但是目前這幾種材料價(jià)格上漲,導(dǎo)致金剛石鉆頭成本顯著增加。并且傳統(tǒng)金剛石鉆頭胎體成分基本上采用單質(zhì)金屬粉末,預(yù)合金粉與單質(zhì)金屬粉相比有很多的優(yōu)點(diǎn),例如熱壓溫度較低,燒結(jié)壓力較低等,所以得到廣大從事金剛石工具研究人員的重視[1-5]。因此,本文對鐵基金剛石鉆頭進(jìn)行了研究,以鐵基預(yù)合金粉替代碳化鎢粉作為金剛石鉆頭的胎體材料,研究鐵預(yù)合金粉、Cu、Ni、Co各成分對鐵基胎體力學(xué)性能的影響,為鐵基胎體的配方提供理論依據(jù)與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)[6-7]。

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 配方設(shè)計(jì)

        選用鐵預(yù)合金粉末作為金剛石鉆頭胎體材料,鐵基胎體配方包括4種材料,分別是鐵預(yù)合金粉和適量純銅粉,同時(shí)添加了適量純鎳和純鈷。Ni主要用來提高胎體強(qiáng)度和耐磨性。Co在鉆頭胎體中是不可缺少的粘結(jié)相,易燒結(jié),使顆粒相互靠攏,可促進(jìn)胎體的收縮致密化過程[8-11]。

        金剛石濃度的選擇與所鉆巖層關(guān)系密切,謝德龍[12]指出,中強(qiáng)研磨性巖層金剛石濃度15%~30%,且在前期研究的基礎(chǔ)上確定金剛石濃度設(shè)計(jì)為20%[13](100%制,粒度為40/45)。通過調(diào)整鐵基預(yù)合金粉、Cu以及Ni、Co之間的質(zhì)量配比來研究胎體性能。鐵預(yù)合金粉配方采用兩階段設(shè)計(jì)過程:第一階段只包含鐵預(yù)合金粉和適量純銅粉,以鐵基預(yù)合金粉F1為變量,其他成分含量不變設(shè)計(jì)了4組配方;第二階段除鐵預(yù)合金粉,還添加了適量Ni和Co,以Ni、Co為變量,其他成分含量不變設(shè)計(jì)了5組配方。本次實(shí)驗(yàn)先后設(shè)計(jì)了9種鐵基胎體配方,各配方對應(yīng)編號1~9,實(shí)驗(yàn)配方設(shè)計(jì)如表1所示。

        表1 鐵基胎體配方Table 1 Fe-based matrix formula %

        其中將傳統(tǒng)的WC基金剛石鉆頭胎體通用配方作 為 第10種 配 方:WC45%、Mn5%、Co10%、Ni10%、CuSn1030%,金剛石濃度設(shè)計(jì)為20%(100%制,粒度為40/45)。

        1.2 熱壓燒結(jié)

        試樣分為2類:不加金剛石的空白試樣和加金剛石的試樣。分別測定試樣的抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、硬度,并進(jìn)行斷口SEM形貌分析。

        燒結(jié)工藝在參考熱壓燒結(jié)WC基金剛石鉆頭燒結(jié)工藝[14-15]的基礎(chǔ)上,根據(jù)鐵預(yù)合金粉的特點(diǎn),在前期試驗(yàn)[13]及Dai等[16]研究基礎(chǔ)上確定熱壓燒結(jié)工藝及參數(shù)為:空白試樣燒結(jié)溫度T=900℃,保溫時(shí)間t=2、5、8 min,壓力P=19.6 MPa;加金剛石的試樣T=940℃,t=2、5、8 min,P=19.6 MPa。

        1.3 力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)及斷口測試

        用液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)測試試樣抗拉強(qiáng)度和三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度。分別測定不含金剛石試樣與含20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)(下同)金剛石試樣的抗拉強(qiáng)度和三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度。用洛氏硬度計(jì)測試試樣的硬度。按照標(biāo)準(zhǔn)《燒結(jié)金屬摩擦材料抗拉強(qiáng)度的測定》[17]進(jìn)行,加載速度2 mm/min。試樣尺寸如圖1所示。

        圖1 拉伸試樣的尺寸Fig.1 Size of the samples for tension test

        按照標(biāo)準(zhǔn)《金屬材料彎曲試驗(yàn)方法》[18]在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測定,試樣為3 mm×20 mm×125 mm的長條形(試樣長度根據(jù)試樣厚度和所使用的試驗(yàn)設(shè)備確定),加載速度為2 mm/min。

        在胎體配方相同的條件下,胎體硬度越高,耐磨性及抗沖蝕性也越高[19]。但目前并不能統(tǒng)一測定胎體耐磨性,因此用比較容易測定的洛氏硬度HRC來表示鉆頭胎體性能。測定按照標(biāo)準(zhǔn)《金屬洛氏硬度試驗(yàn)》[20]在布洛維光學(xué)硬度計(jì)上進(jìn)行,試樣為?10 mm×10 mm的圓柱體。

        用掃描電鏡觀測燒結(jié)試樣斷口形貌。斷口分析的樣品選用拉伸試驗(yàn)中拉斷的樣品,在掃描前需要對樣品進(jìn)行預(yù)處理,把樣品泡在酒精杯里,然后用超聲波震蕩清洗。

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

        2.1 抗拉強(qiáng)度

        不同配方體系下燒結(jié)試樣的抗拉強(qiáng)度結(jié)果如表2所示。A1~A10分別對應(yīng)1~10號配方不含金剛石空白試樣,B1~B10分別對應(yīng)1~10號配方含20%金剛石試樣。每種配方每組試樣測試3件,分別測定其抗拉強(qiáng)度值,并列出平均值。

        表2 抗拉強(qiáng)度測試結(jié)果平均值Table 2 Mean values of tensile strength test MPa

        由表2和圖2、3所示,配方1~6的抗拉強(qiáng)度值都比較低,配方7~9的抗拉強(qiáng)度值較高。從配方成分分析,前6個(gè)配方未添加或少量添加Ni和Co,而配方7~9添加了適量的Ni和Co,Ni和Co元素提高了抗拉強(qiáng)度值,這與其他學(xué)者的研究結(jié)論[16,21-22]一致。Ni和Co都具有適度的磨損性能,與Fe適量搭配可以得到很好的綜合性能,如小的變形性和適度的耐磨性。相較于不加金剛石試樣,加入金剛石后,胎體試樣的抗拉強(qiáng)度下降了50%左右,且在加金剛石試樣中,配方4~6的抗拉強(qiáng)度低于配方1~3,這是由于金剛石包鑲能力隨Fe含量的增大而降低。其中配方9的抗拉強(qiáng)度相較于傳統(tǒng)的WC基通用配方10,抗拉強(qiáng)度相差不大。在保溫時(shí)間t=5 min時(shí),配方9的抗拉強(qiáng)度最大。

        2.2 抗彎強(qiáng)度

        不同配方體系下燒結(jié)試樣的抗彎強(qiáng)度結(jié)果如表3所示。A1~A10分別對應(yīng)1~10號配方不含金剛石空白試樣,B1~B10分別對應(yīng)1~10號配方含20%金剛石試樣。每種配方每組試樣燒結(jié)2件,分別測定其抗彎強(qiáng)度值,并列出平均值。

        圖2 不同配方的抗拉強(qiáng)度變化(空白試樣)Fig.2 Tensile strength changes of different formulas(blank samples)

        圖3 不同配方的抗拉強(qiáng)度變化(加金剛石試樣)Fig.3 Tensile strength changes of different formulas(samples with diamonds)

        表3 抗彎強(qiáng)度測試結(jié)果平均值Table 3 Mean value of bending strength test results MPa

        由表3和圖4、5所示,配方1~10的抗彎強(qiáng)度基本變化趨勢是逐漸增大的,其中配方5~9的抗彎強(qiáng)度相差不大,但都高于配方1~4。從配方成分來看,這是由于配方5~9中添加了適量的Ni和Co,而配方1~4中未添加且Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。Co的抗彎強(qiáng)度高,可提高鐵基胎體的抗彎強(qiáng)度,Ni也具有一定的耐磨性和韌性[22]。相較于不加金剛石試樣,加入金剛石后,胎體試樣的抗彎強(qiáng)度最高下降了50%左右。其中配方9的抗彎強(qiáng)度相較于傳統(tǒng)的WC基通用配方10相差不大。同一配方,在燒結(jié)溫度相同的情況下,保溫時(shí)間5 min時(shí)能獲得較高的抗彎強(qiáng)度,這是由于保溫時(shí)間過短影響胎體金屬粉料的熔化、粘結(jié)浸漬金屬、對金剛石和骨架金屬浸潤并形成粘結(jié)層的過程,但時(shí)間過長會影響金剛石強(qiáng)度,導(dǎo)致金剛石變質(zhì),強(qiáng)度降低,容易破碎[23-25]。

        圖4 不同配方的抗彎強(qiáng)度變化(空白試樣)Fig.4 Bending strength changes of different formulas(blank samples)

        圖5 不同配方的抗彎強(qiáng)度變化(加金剛石試樣)Fig.5 Bending strength changes of different formulas(samples with diamonds)

        2.3 硬度

        A1~A10分別對應(yīng)1~10號配方不含金剛石的空白試樣,每種配方每組試樣測試6個(gè)點(diǎn)的洛氏硬度值,按照檢測數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)則進(jìn)行取舍,并計(jì)算平均值作為測試結(jié)果。不同配方體系下燒結(jié)試樣的硬度測試結(jié)果如表4所示。從表4及圖6可知,配方5、7、9的硬度值較低,其余配方的硬度值都較高。

        表4 洛氏硬度測試結(jié)果均值(不含金剛石的空白試樣)Table 4 Mean value of hardness test results(blank samples)HRC

        圖6 不同配方的硬度變化(空白試樣)Fig.6 Hardness changes of different formulas(blank samples)

        2.4 斷口形貌SEM圖像

        試驗(yàn)主要利用掃描電鏡觀察試樣的斷口,圖7(A1~A9)為配方1~9的不含金剛石的空白試樣斷口SEM圖像,保溫時(shí)間5 min。

        圖7 斷口截面SEM圖像Fig.7 SEM images of the rupture section

        由SEM形貌圖像可看到有韌窩存在,在斷裂的過程中,存在塑性變形,斷口大部分為韌性斷裂。由配方1~3的SEM形貌照片可知,微觀空隙相對較多,且分布不均勻,說明胎體材料沒有充分熔合,有較多的孔洞、塊狀結(jié)構(gòu)以及裂紋,但也存在一部分韌窩。在宏觀上表現(xiàn)為此3種配方的燒結(jié)體的相對密度和力學(xué)性能較低,胎體致密性和穩(wěn)定性差。從配方4~6的圖上可看到有韌窩狀斷裂十分清楚,韌窩多但較淺,胎體中存在一定的空隙、孔洞、塊狀結(jié)構(gòu)以及裂紋,但較之前3種配方較少,胎體粘結(jié)相對較好,胎體致密性和穩(wěn)定性較差。從配方7~9的圖上可看到韌窩狀斷裂很清晰,韌窩多、大且深,胎體中存在不明顯的空隙、孔洞、塊狀結(jié)構(gòu)以及裂紋,胎體材料的均勻性得到了明顯的改善,胎體粘結(jié)較好,胎體材料已經(jīng)充分的熔合,胎體的燒結(jié)致密性很好,因而抗彎強(qiáng)度都比較較高。

        在此基礎(chǔ)上可知:(1)配方1~3未添加Ni和Co,僅僅是鐵基預(yù)合金粉和單質(zhì)銅粉組成,故而各項(xiàng)力學(xué)性能都較差;(2)配方4~6中添加了少量的Ni、Co,抗彎強(qiáng)度有明顯提升,但抗拉強(qiáng)度值還較低;(3)配方7~9的各項(xiàng)力學(xué)性能較好,且硬度值較低。綜上所述,鐵基胎體能夠獲得良好的力學(xué)性能,Cu、Co和Ni對鐵基胎體的抗彎強(qiáng)度影響較大。

        3 現(xiàn)場鉆進(jìn)試驗(yàn)

        綜合力學(xué)性能分析,采用胎體成分配方9設(shè)計(jì)加工成金剛石鉆頭,進(jìn)行鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn)論證分析。采用XY-100型立式巖心鉆機(jī)雙管鉆進(jìn),轉(zhuǎn)速600~900 r/min,鉆進(jìn)地層為長沙望城縣某高樓1和5號混凝土地基基礎(chǔ),鉆頭使用數(shù)為2個(gè),鉆進(jìn)效果參數(shù)如表5所示。

        從現(xiàn)場試驗(yàn)可看出,鉆頭未鉆進(jìn)之前是平底唇面(圖8a),鉆進(jìn)一段時(shí)間后,由于胎體耐磨性間隔高低不同,使金剛石鉆頭鉆進(jìn)時(shí)唇面形成高低不平的圓圈(圖8b)。使用后的鉆頭沒有出現(xiàn)掉塊、裂紋等現(xiàn)象,金剛石掉粒少,胎體力學(xué)性能和包鑲強(qiáng)度好(圖8c)。鐵基胎體配方具有較高的耐磨性,金剛石又易于出刃,鉆頭使用壽命較長。

        表5 現(xiàn)場試驗(yàn)效果參數(shù)Table 5 Field test results

        圖8 現(xiàn)場使用的金剛石鉆頭Fig.8 Field test diamond bit

        在鉆進(jìn)混凝土標(biāo)號C35的長沙望城縣某地基基礎(chǔ)時(shí),鉆頭鉆進(jìn)速度較快,平均壽命達(dá)到42 m。說明鐵基金剛石鉆頭胎體配方設(shè)計(jì)合理,鋼體與胎體連接牢固,具有良好的使用性能,鉆進(jìn)效率較高。

        4 結(jié)論

        本文以鐵基預(yù)合金粉替代碳化鎢粉作為金剛石鉆頭的胎體材料,研究鐵預(yù)合金粉、Cu、Ni、Co各成分對鐵基胎體的力學(xué)性能的影響,結(jié)論如下:

        (1)添加適量Ni和Co的鐵基胎體能夠獲得較好的燒結(jié)性能,鐵預(yù)合金粉替代碳化鎢粉是完全可行的,所燒結(jié)的鉆頭具有良好的使用性能,鉆進(jìn)效率較高。

        (2)相較于不含金剛石的試樣,含20%金剛石試樣的抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度值均降低較多。

        (3)當(dāng)保溫時(shí)間為5 min時(shí),鐵基胎體有較好的力學(xué)性能。

        猜你喜歡
        力學(xué)性能
        反擠壓Zn-Mn二元合金的微觀組織與力學(xué)性能
        Pr對20MnSi力學(xué)性能的影響
        云南化工(2021年11期)2022-01-12 06:06:14
        Mn-Si對ZG1Cr11Ni2WMoV鋼力學(xué)性能的影響
        山東冶金(2019年3期)2019-07-10 00:54:00
        采用稀土-B復(fù)合變質(zhì)劑提高ZG30MnSi力學(xué)性能
        碳纖維增強(qiáng)PBT/ABS—g—MAH復(fù)合材料的力學(xué)性能和流變行為
        中國塑料(2016年6期)2016-06-27 06:34:16
        紡織纖維彎曲力學(xué)性能及其應(yīng)用
        MG—MUF包覆阻燃EPS泡沫及力學(xué)性能研究
        中國塑料(2015年12期)2015-10-16 00:57:14
        EHA/PE復(fù)合薄膜的力學(xué)性能和阻透性能
        中國塑料(2015年9期)2015-10-14 01:12:26
        PA6/GF/SP三元復(fù)合材料的制備及其力學(xué)性能研究
        中國塑料(2015年4期)2015-10-14 01:09:18
        INCONEL625+X65復(fù)合管的焊接組織與力學(xué)性能
        焊接(2015年9期)2015-07-18 11:03:53
        国产精品成人观看视频国产奇米| 一区二区三区国产美女在线播放 | 亚洲av永久无码天堂网毛片| 国产自产精品露脸刺激91在线| 韩国免费一级a一片在线| 中文字幕日韩有码国产| 中国老熟妇506070| 国内揄拍国内精品少妇| 亚洲中文字幕无码久久2020| 欧美1区二区三区公司| 99伊人久久精品亚洲午夜| 又粗又黑又大的吊av| 日日躁夜夜躁狠狠躁超碰97| 久久夜色精品国产噜噜噜亚洲av | 无码伊人久久大杳蕉中文无码| 日本一区二区三区清视频| 欧美熟妇另类久久久久久不卡| 国产在线无码一区二区三区 | 伊人久久精品无码av一区| a级毛片在线观看| www.日本一区| 人妻少妇被粗大爽视频| 国产人妻熟女高跟丝袜图片| 久久久久久久岛国免费观看| 日韩欧美国产自由二区| 中文无字幕一本码专区| 国产精品高清一区二区三区不卡| 最近中文字幕在线mv视频在线| 久久99精品免费一区二区| 精品午夜中文字幕熟女| 91偷拍与自偷拍亚洲精品86| 精品丰满人妻无套内射| 99热最新在线观看| 一区二区在线观看视频亚洲| 久久精品国产久精国产| 亚洲色图在线免费观看视频| 国产精品成人观看视频国产奇米| 草草地址线路①屁屁影院成人| 五月天激情婷婷婷久久| 被黑人做的白浆直流在线播放| 久久精品国产亚洲精品色婷婷|