一种用于钻地刀头的切削镶片包含一种烧结碳化物材料。该烧结碳化物材料包含多个碳化钨晶粒和多个立方碳化物晶粒，这些立方碳化物晶粒包含以下各项中的至少一项：碳化钛、碳化钒、碳化锆、碳化铪、碳化铌、碳化钽、其混合物、及其固溶体。该烧结碳化物材料还包含一种粘合剂，该粘合剂包含以下各项中的至少一项：钴、钴合金、镍、镍合金、铁、以及铁合金。这些切削镶片的实施例适用于在例如旋转牙轮钻地刀头和固定刀具钻地刀头上使用。在此还披露了一种混合的烧结碳化物材料，并且该混合的烧结碳化物材料在钻地刀头的切削镶片中有用，该混合的烧结碳化物材料包含基于碳化钨和钴的烧结碳化物的第一区域，这些第一区域分散在包含立方碳化物的烧结碳化物材料的一个连续区域之中。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于钻地刀头的切削镶片技术背景
本披露涉及被适配用于在钻地刀头和其他制造物品中使用的切削镶片。技术背景说明烧结碳化物是包含分散在一个连续的相对柔软的金属粘合剂相中的不连续硬质相的复合材料。分散(不连续)相典型地包含过渡金属碳化物、氮化物、硅化物、和/或氧化物，其中该过渡金属是选自例如:钛、钒、铬、锆、铪、钥、铌、钽以及钨。该粘合剂相典型地包含以下各项中的至少一项:钴、钴合金、镍、镍合金、铁、以及铁合金。在粘合剂中可以包含多种合金元素，例如像铬、钥、硼、钨、钽、钛以及铌，以便提高该复合材料的某些性能。该粘合剂相将分散的硬质晶粒粘结或“烧结(cement)”在一起，并且该复合材料表现出不连续相和连续相的物理性能的有利组合。尽管此类复合材料的不连续硬质相可能不包含金属碳化物，但是可商购的版本典型地包含碳化物作为不连续硬质相。因此，这些复合材料通常被称为“烧结碳化物”，即使缺少碳化物或碳化物仅构成不连续硬质相的一部分。因此，在本说明书和权利要求书二者中于此所引用的“烧结碳化物”是指此类材料，不管它们是否包含金属碳化物。许多烧结碳化物类型或“等级”通过改变参数而产生，这些参数可以包括处于分散相和/或连续相的材料的 组成、分散相区域的平均大小以及不连续相和连续相的体积分数。包含分散碳化钨相和钴或钴合金粘合剂相的烧结碳化物是通常可获得的烧结碳化物等级中最具商业重要性的。常规烧结碳化物等级是作为粉末可获得的(在此称为“烧结碳化物粉末”)，这些粉末可以使用例如常规压制烧结技术被处理成最终形状。包含不连续碳化钨相和连续钴粘合剂相的烧结碳化物等级表现出极限抗拉强度、断裂韧性以及耐磨损性的有利组合。如本领域所已知的，“极限抗拉强度”是一种材料破裂或失效时的应力。“断裂韧性”是指一种材料在断裂之前吸收能量并且塑性变形的能力。“韧性”是与从原点到断点的应力应变曲线下的面积成比例的。参见麦格劳希尔科技术语词典(McGraw-Hill Dictionary of Scientific and Technical Terms)(第 5 版，1994)。“耐磨损性”是指一种材料经受对其表面的损害的能力。磨损一般涉及由于物品与接触表面或物质之间的相对运动自该物品上的材料的渐进性损失。参见简装版金属手册(METALSHANDBOOK DESK EDITION)(第2版，1998)。烧结碳化物在要求巨大强度和韧性以及高的耐磨损性的应用中得到广泛使用。此类应用包括:例如，金属切削和金属成形应用、钻地和削岩应用，以及在机械耐磨零件中使用。烧结碳化物的强度、韧性以及耐磨损性与存在于复合材料中的分散硬质相的区域的平均大小和粘合剂相的体积(或重量)分数有关。总体来说，增大常规烧结碳化物等级中的分散硬质区域的平均晶粒大小和/或粘合剂相的体积分数增大了该复合材料的断裂韧性。然而，韧性方面的这种增大一般伴随着耐磨损性的减小。因此，冶金学家配制的烧结碳化物在发展表现出高耐磨损性和高断裂韧性二者的、并且以其他方式适合于在要求高的应用中使用的等级方面不断受到挑战。在许多情况下，使用常规的粉末冶金压制烧结技术将烧结碳化物零件生产为单个物品。压制烧结制造工艺典型地涉及在一个模具中压制或以其他方式加固一个烧结碳化物粉末的一部分，以提供具有确定形状和大小的未烧结的或“生坯”压坯。如果烧结碳化物零件需要另外的形状特征而这些形状特征不能容易地通过加固粉末来实现，那么在烧结之前机械加工该生坯压坯。这个机械加工步骤被称为“生坯成形”。如果生坯成形工艺需要另外的压坯强度，那么可以在生坯成形之前预烧结该生坯压坯。预烧结在低于最终烧结温度的一个温度下发生并且提供所谓的“棕色”压坯。生坯成形操作之后是高温烧结步骤。烧结使材料密度致密化到近乎理论全密度，从而产生一种烧结碳化物复合材料。烧结还发展出所希望的复合材料的强度和硬度。旋转牙轮钻地刀头和固定刀具钻地刀头用于石油和天然气勘探、采矿、挖掘等。旋转牙轮刀头(rotary cone bit)典型地包括一个钢制本体,该钢制本体上附接有可以由烧结碳化物或其他材料所制成的切削镶片。参照图1，被适配用于钻地应用的典型旋转牙轮刀头10包括一个钢制本体12和可旋转地附接至本体12上的两个或三个互锁旋转牙轮13。多个切削镶片14通过例如 机械手段(粘附剂或硬钎焊)而附接至每个旋转牙轮上。又可以称为“切削元件”的这些切削镶片可以由烧结碳化物或另一种材料制成。图2描绘了附接至固定刀具钻地刀头的镶片夹持器部分的一个表面24上的多个烧结碳化物切削镶片22。配置用于与钻地刀头一起使用的常规烧结碳化物切削镶片通常是基于作为分散硬质相的纯碳化钨(WC)和作为连续粘合剂相的纯钴(Co)。虽然WC-Co烧结碳化物切削镶片相对于先前在用于旋转牙轮钻地刀头的切削镶片中使用的材料提供优点，但是WC-Co镶片可能遭受过早磨耗和磨损。过早磨损可能必须要更换一个或多个已磨损切削镶片或整个旋转牙轮或固定刀具钻地刀头，这需要将钻具组从钻柱中移除。这会显著地减缓钻孔过程并且增大钻孔过程的成本。因此，将有利的是，开发出一种改进的烧结碳化物材料以便在用于旋转牙轮钻地刀头、固定刀具钻地刀头以及其他钻地刀头的切削镶片中使用，该改进的烧结碳化物材料与常规WC-Co烧结碳化物相比表现出有利的耐磨耗性和磨损寿命，同时不会显著地危害切削镶片的强度和韧性。更普遍地，将有利的是，提供一种新颖的烧结碳化物材料以用于多种用途，包括其中希望高的耐磨耗性和磨损寿命并且其中强度和韧性是同样重要的那些。概述本披露的一个非限制性方面是针对一种包含烧结碳化物材料的钻地刀头切削镶片。在根据本披露的某些非限制性实施例中，该烧结碳化物材料包含多个碳化钨晶粒和多个立方碳化物晶粒，这些立方碳化物晶粒包含以下各项中的至少一项:碳化钛、碳化钒、碳化锆、碳化铪、碳化铌、碳化钽及其固溶体。该烧结碳化物材料包含一种粘合剂，该粘合剂包含以下各项中的至少一项:钴、钴合金、镍、镍合金、铁以及铁合金。本披露的另一个非限制性方面是针对一种包含混合的烧结碳化物材料的钻地刀头切削镶片。该混合的烧结碳化物材料包含多个第一烧结碳化物区域和一种钴粘合剂，该多个第一烧结碳化物区域包含多个碳化钨晶粒。该多个第一烧结碳化物区域构成一个分散相。该混合的烧结碳化物材料还包含一个第二、连续烧结碳化物区域，该区域包含处于第二区域粘合剂中的多个第二烧结碳化物晶粒。在非限制性实施例中，这些第二烧结碳化物晶粒包含碳化钨和以下各项中的至少一项:碳化钛、碳化钒、碳化锆、碳化铪、碳化铌、碳化钽及其固溶体。该第二区域粘合剂包含以下各项中的至少一项:钴、钴合金、镍、镍合金、铁以及铁合金。该多个第一烧结碳化物区域是分散在该第二连续烧结碳化物区域中。包含一种混合的烧结碳化物材料的钻地刀头切削镶片可以适配用于在旋转牙轮钻地刀头和固定刀具钻地刀头中的至少一个上使用。本披露的又一个非限制性方面是针对一种钻地刀头。根据本披露的某些非限制性实施例的钻地刀头包括一个钻地刀头本体和至少一个钻地刀头切削镶片。该至少一个钻地刀头切削镶片包含一种烧结碳化物材料。在根据本披露的某些非限制性实施例中，该钻地刀头的至少一个切削镶片的烧结碳化物材料包含多个碳化钨晶粒和多个立方碳化物晶粒。该多个立方晶本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于钻地刀头的切削镶片，该切削镶片包含一种烧结碳化物材料，该烧结碳化物包含：多个碳化钨晶粒；多个立方碳化物晶粒，这些立方碳化物晶粒包含以下各项中的至少一项：碳化钛、碳化钒、碳化锆、碳化铪、碳化铌、碳化钽、及其固溶体；以及一种粘合剂，该粘合剂包含以下各项中的至少一项：钴、钴合金、镍、镍合金、铁、以及铁合金。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.22 US 61/537,670;2012.08.30 US 13/598,7441.一种用于钻地刀头的切削镶片，该切削镶片包含 一种烧结碳化物材料，该烧结碳化物包含: 多个碳化鹤晶粒； 多个立方碳化物晶粒，这些立方碳化物晶粒包含以下各项中的至少一项:碳化钛、碳化钒、碳化锆、碳化铪、碳化铌、碳化钽、及其固溶体；以及 一种粘合剂，该粘合剂包含以下各项中的至少一项:钴、钴合金、镍、镍合金、铁、以及铁I=1-Wl O2.如权利要求1所述的切削镶片，其中该粘合剂包含钴。3.如权利要求1所述的切削镶片，其中该多个立方碳化物晶粒包含碳化钛。4.如权利要求1所述的切削镶片，其中该多个立方碳化物晶粒包含碳化钽。5.如权 利要求1所述的切削镶片，其中该多个立方碳化物晶粒包含碳化钛、碳化钽以及碳化铌的固溶体。6.如权利要求1所述的切削镶片，其中该烧结碳化物材料按重量百分比计包含: 从1%至50%的这些立方碳化物晶粒； 从2%至35%的该粘合剂；以及 余量的这些碳化钨晶粒。7.如权利要求1所述的切削镶片，其中该切削镶片被适配用于在旋转牙轮钻地刀头和固定刀具钻地刀头中的至少一个上使用。8.一种钻地刀头，包括: 一个钻地刀头本体；以及 附接至该钻地刀头本体上的至少一个切削镶片，该切削镶片包含一种烧结碳化物材料； 其中该烧结碳化物材料包含: 多个碳化鹤晶粒； 多个立方碳化物晶粒，这些立方碳化物晶粒包含以下各项中的至少一项:碳化钛、碳化钒、碳化锆、碳化铪、碳化铌、碳化钽及其固溶体；以及 一种粘合剂，该粘合剂包含以下各项中的至少一项:钴、钴合金、镍、镍合金、铁、以及铁I=1-Wl O9.如权利要求8所...
【专利技术属性】
技术研发人员：H·C·科尔曼，P·K·莫钱达尼，
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
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