钻地用切削镶件和包含其的钻地用钻头制造技术

一种钻地用切削镶件包括一种烧结碳化物，该烧结碳化物包括被分散在一种金属粘结剂中的多个金属碳化物颗粒，该金属粘结剂包括铂、钯、铼、铑和钌中的至少一者。还披露了一种钻地用钻头，例如像旋转式钻地用牙轮钻头或冲击式钻头，该钻头包括至少一个钻地用切削镶件，该钻地用切削镶件包括含有一种金属粘结剂的一种烧结碳化物，该金属粘结剂包括铂、钯、铼、铑和钌中的至少一者。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种钻地用切削镶件包括一种烧结碳化物，该烧结碳化物包括被分散在一种金属粘结剂中的多个金属碳化物颗粒，该金属粘结剂包括铂、钯、铼、铑和钌中的至少一者。还披露了一种钻地用钻头，例如像旋转式钻地用牙轮钻头或冲击式钻头，该钻头包括至少一个钻地用切削镶件，该钻地用切削镶件包括含有一种金属粘结剂的一种烧结碳化物，该金属粘结剂包括铂、钯、铼、铑和钌中的至少一者。【专利说明】钻地用切削镶件和包含其的钻地用钻头
本披露涉及对包括烧结碳化物的钻地用切削镶件的改进，该钻地用切削镶件用于与钻地用钻头例如像旋转式钻地用牙轮钻头和冲击式钻头(例如像锤钻)一起使用。本披露还涉及包含一个钻地用钻头本体以及根据本披露安装在该钻头本体上的至少一个钻地用切削镶件的一种钻地用钻头。专利技术背景钻地用(或钻孔用)钻头常用于石油和天然气的勘探、采矿以及挖掘。此类钻地用钻头可以包括可旋转的或固定的切削元件。例如，图1展示了包括含有多个可旋转的切削元件11的钻头本体的一种典型的旋转式钻地用牙轮钻头10，通常被称为“旋转式牙轮(rotary cone)”。切削镶件12可以由烧结碳化物制成、被安装在切削镶件凹座中，这些切削镶件凹座被定位在这些可旋转的切削元件11中的每一个的外表面上。可以将若干个切削镶件12安装在这些可旋转的切削元件11上的不同的预定位置中以便优化该钻地用钻头10的切削动作。钻地用钻头的使用寿命典型地随着该钻头的切削镶件的磨损特性而变。提高钻地用钻头使用寿命的一种技术是采用由具有强度、韧性以及耐磨损性的改进的组合的材料制成的钻地用切削镶件。许多常规的钻地用钻头使用的是由烧结碳化物制成的切削元件，该烧结碳化物是一种烧结的硬质颗粒材料。用于此类应用的烧结碳化物的选择是基于:这些材料提供了强度 、断裂韧性以及耐磨损性的非常有吸引力的组合，这些特性对钻地用钻头的有效性和经济效应是极为重要的。烧结碳化物是包括一个不连续的分散相的复合物，该不连续的分散相典型地包括含有属于元素周期表的IVB、VB和VIB族的一种或多种过渡金属的碳化物的硬质颗粒。例如，这些过渡金属包括:钛(Ti )、钒(V)、铬(Cr )、锆(Zr )、铌(Nb)、钥(Mo)、铪(Hf)、钽(Ta)、以及钨(W)。该分散相的硬质颗粒是通过一种金属粘结剂的连续相而粘结或“烧结”在一起的，该金属粘结剂典型地包括以下各项中的一项或多项:钴、钴合金、镍、镍合金、铁和铁合金。在这些不同的可能的硬质颗粒-金属粘结剂组合中，在钻地应用中常用的是基于碳化钨(WC)的烧结碳化物作为分散相硬质颗粒并且使用钴(Co)或镍(Ni)作为金属粘结剂(即，分别是WC-Co基烧结碳化物以及WC-Ni基烧结碳化物)。烧结碳化物的对钻地应用而言重要的机械特性很大程度上取决于两个微结构参数，g卩，(i )平均硬质颗粒大小以及(ii )该烧结碳化物中的硬质颗粒和/或金属粘结剂的重量或体积分数。总体上，当分散相硬质颗粒大小减小和/或该金属粘结剂含量减少时，烧结碳化物的硬度和耐磨损性增大。另一方面，当分散相硬质颗粒大小增大和/或当该金属粘结剂含量增大时，烧结碳化物的断裂韧性增大。因此，在选择一种用于任何应用中的烧结碳化物等级时在耐磨损性与断裂韧性之间存在一种权衡。当耐磨损性增大时，断裂韧性典型地减小，反之亦然。图2A-2E展示了与旋转式钻地用牙轮钻头一起使用的常规烧结碳化物切削镶件的一系列不同形状和设计。钻地用切削镶件可能的特征为该镶件的拱形部分的形状。例如，可获得的形状包括:卵形(图2A)、弹道形(图2B)、凿子形(图2C)、多拱形(图2D)、和圆锥形(图2E)。对形状和所使用的烧结碳化物组成(即，等级)的选择受到例如有待被钻孔或挖掘的岩石类型的影响。与形状或大小无关，钻地用切削镶件典型地包括一个工作部分和一个本体部分。例如，图2A所示的钻地用切削镶件30包括拱形的工作部分32和本体部分34。同样，例如，图2B所示的钻地用切削镶件40包括弹道形的切削部分42和本体部分44。切削动作是完全或主要由该工作部分进行，而该本体部分对该工作部分提供支撑。总体上，该本体部分的大部分或全部都嵌在钻头本体内，并且该本体部分典型地通过压力配合而安装在钻头本体上或者以其他方式固定在该钻头本体上所提供的一个切削镶件凹座中。如之前所述，该钻削/切削动作可以至少主要地由钻地用切削镶件的一个工作部分来提供。钻地用切削镶件的工作部分的、开始磨损掉的第一区域是该工作部分的上半部分、特别是最顶端。当钻地用切削镶件的工作部分的顶端开始变平时，切削效率显著降低，这是因为与更有效的切削动作不同，岩石和土层更多地是通过摩搓动作被去除。当这种摩搓动作继续时，由于材料与切削镶件之间的摩擦的增大而可能产生大量的热量，由此导致对该切削镶件的多个部分的加热作用增大。如果烧结碳化物钻地用切削镶件的任何部分的温度超过了阈值，则在这些硬质颗粒与金属粘结剂的界面处可能开始出现热裂纹。该物品的热循环加剧了热裂纹的蔓延。裂纹蔓延可能致使切削镶件断裂，这可能迫使对切削镶件或整个钻头进行更换。将一个钻柱从钻孔中取出以便例如触及并且修复或放置一个含有断裂的切削镶件的钻地用钻头，显著地减慢了钻削过程并且给该钻削过程增加了显著的费用。相应地，需要可用于钻地用钻头的改进的烧结碳化物切削镶件。这些改进的切削镶件优选地具有增大的耐磨损性而不丢失断裂韧性。以此方式，可以改善切削效率并且可以延长这些切削镶件以及该钻地用钻头整体的使用寿命。专利技术概述本披露提供了包括一种烧结碳化物的一种改进的钻地用切削镶件，该烧结碳化物包含大于一个杂质浓度的、选自下组的一种或多种元素，该组由以下各项组成:钼、钯、铼、铑和钌。本披露还针对一种钻地用钻头，例如像旋转式钻地用牙轮钻头或冲击式钻头，该钻地用钻头包括含有一种烧结碳化物的至少一个钻地用切削镶件，该烧结碳化物包含大于杂质浓度的、选自下组的一种或多种元素，该组由以下各项组成:钼、钯、铼、铑和钌。根据本披露的一个非限制性方面，钻地用切削镶件包括含有一种金属粘结剂的一种烧结碳化物，该金属粘结剂包含选自下组的一种或多种元素，该组由以下各项组成:钼、钯、铼、铑和钌。在某些非限制性实施例中，该烧结碳化物包括:一个分散相，该分散相包括金属碳化物的硬质颗粒，该金属碳化物包含至少一种过渡金属，该至少一种过渡金属是选自:钛、钒、铬、锆、铌、钥、铪、钽、以及钨；以及一种金属粘结剂的连续相，该金属粘结剂包括钴、钴合金、镍、镍合金、铁和铁合金中的至少一者，以及选自下组中的至少一种元素，该组由以下各项组成:钼、钯、铼、铑和钌，其中在该金属粘结剂中钼、钯、铼、铑和钌的组合浓度基于该烧结碳化物的总重量是0.1至10重量百分比。根据本披露的另一个非限制性方面，一个钻地用切削镶件包括两个或更多个区域。一个第一区域包括一种第一烧结碳化物，该第一烧结碳化物包括分散在一种金属粘结剂中的多个金属碳化物硬质颗粒，其中该金属粘结剂包括选自下组中的至少一种元素，该组由以下各项组成:钼、钯、铼、铑和钌，其中在该金属粘结剂中钼、钯、铼、铑和钌的组合浓度基于该烧结碳化物的总重量是0.1至10重量百分比。一个第二区域包括:一种第二烧结碳化物，该第二烧结碳化物包括含有至少一种过渡金属的金属碳化物硬质颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻地用切削镶件，包括：一种烧结碳化物，该烧结碳化物包括一种金属粘结剂，该金属粘结剂包含大于一个杂质浓度的、选自下组的一种或多种元素，该组由以下各项组成：铂、钯、铼、铑和钌。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·J·欧克斯，P·K·莫钱达尼，G·B·柯林斯，O·O·埃索，J·L·约翰逊，
申请(专利权)人：钴碳化钨硬质合金公司，
类型：发明
国别省市：美国;US