一种合金钻头及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钻头技术领域，尤其涉及一种合金钻头及其制备方法。
【背景技术】
[0002]钻头是石油钻井、地质钻探及隧道工程中常用设备中的一种耐磨零件，它们往往直接与岩石、腐蚀液及其他杂质接触，通过摩擦、撞击与冲刷实现钻探的目的。钻头工作性能的好坏将直接影响钻井质量、钻井效率和钻井成本。
[0003]目前，在钻探行业或道路建筑工程领域，牙轮钻头及聚晶金刚石复合片(roc)钻头被广泛应用，但是它们仍然存在一些难以克服的问题。现有技术中的牙轮钻头一般是采用传统的钨钴合金制作，而传统的钨钴合金虽然具有硬质合金特有的耐腐蚀性，但是其硬度和强度是一对矛盾体，即牙轮钻头不能兼具好的耐磨性及冲击韧性；因此在实际恶劣的工况条件下，其机械性能不能满足要求，使用寿命将严重受损。现有技术中的PDC钻头，一般是以铸铁或钢件作为基体材料，然后在基体表面熔覆或焊接金刚石复合片作为硬面耐磨层，其基体材料一般是采用铸造或者机加工获得的，然后再通过热喷涂技术做硬面处理，往往工艺复杂且成本较高；而且PDC钻头在实际钻井作业中，如果井底有异物，会导致PDC钻头产生崩齿或热摩擦现象，温度升高烧黑胎体，甚至熔化钎焊层，产生掉齿现象，影响机械钻速，从而加速钻头失效。
[0004]因此，现有技术急需一种具有较高的耐磨性和冲击韧性的同时还具有较好的耐腐蚀性和抗疲劳性能的钻头。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种合金钻头及其制备方法，本发明提供的合金钻头在具有较高的耐磨性和冲击韧性的同时还具有较好的耐腐性及抗疲劳性能。
[0006]本发明提供了一种合金钻头，成分为:
[0007]14wt%?3(^1:%的粘结相，所述粘结相为Co、N1、Fe和Cu中的一种或几种；
[0008]0.32wt%?9.7?七％的添加剂，所述添加剂为TaC、MoC、Cr3C2和MnC中的一种或几种；
[0009]余量为硬质相，所述硬质相为WC。
[0010]优选的，所述合金钻头的成分为钨钴合金、铁钨合金或铜钨合金。
[0011]优选的，所述钨钴合金的成分为:
[0012]9wt%?14.5wt% 的 Co，
[0013]5wt%? 8wt% 的 Ni，
[0014]0.35wt % ?0.6wt % 的 TaC，
[0015]0.3wt%?0.55界七％的 MoC，
[0016]余量为WC。
[0017]优选的，所述铁钨合金的成分为:
[0018]15wt%? 20wt% 的 Fe，
[0019]3.6wt%?5.lwt% 的 Co，
[0020]3.8wt % ?4.9wt % 的 Ni，
[0021]0.32wt%?0.4界七％的 Cr3C2，
[0022]余量为WC。
[0023]优选的，所述铜钨合金的成分为:
[0024]14.3wt%?20.5wt% 的 Cu，
[0025]6.8wt % ?9.7wt % 的 MnC，
[0026]4.5wt % ?6.4wt % 的 Ni，
[0027]余量为WC。
[0028]优选的，所述妈钴合金、铁妈合金和铜妈合金的晶粒度为3 μπι?10.3 μπι。
[0029]本发明提供的合金钻头中WC作为硬质相能够使合金钻头具有较好的硬度和耐磨性，Cu、N1、Fe或Co为粘结相可以使合金钻头具有较好的致密度及强度，同时还可提高合金钻头的耐腐蚀性能及抗疲劳性能，TaC、MoC、Cr3C2或MnC为添加剂能够进一步提高合金钻头的耐高温性能及耐磨损性能；因此本发明提供的合金钻头在具有较高的耐磨性和冲击韧性的同时还具有较好的耐腐蚀性及抗疲劳性能。
[0030]本发明提供了一种上述技术方案所述的合金钻头的制备方法，包括:
[0031]将硬质相、粘结相和添加剂混合，得到混合料，所述硬质相为WC，所述粘结相为Co、N1、Fe和Cu中的一种或几种，所述添加剂为TaC、MoC、Cr3C2和MnC中的一种或几种；
[0032]将所述混合料进行冷等静压成型，得到粉坯；
[0033]将所述粉坯进行形状加工，得到钻头粉坯；
[0034]将所述钻头粉坯进行烧结，得到合金钻头。
[0035]优选的，将硬质相、粘结相和添加剂混合后还包括:
[0036]将得到的混合物依次进行磨制、干燥和制粒，得到混合料。
[0037]优选的，所述冷等静压的压力为180MPa?280MPa。
[0038]优选的，所述烧结的温度为1430°C?1470°C。
[0039]本发明提供的合金钻头的制备方法，通过硬质相、粘结相和添加剂的配合使用，使制备得到的合金钻头在具有较高的耐磨性和冲击韧性的同时还具有较好的耐腐蚀性及抗疲劳性能，这种方法制备得到的合金钻头性能优异，可以有效延长钻头的使用寿命，减少作业过程中钻头的更换频率，节约成本并提高工作效率。
【附图说明】
[0040]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0041]图1为本发明实施例1制备的钻头粉坯的结构示意图；
[0042]图2为本发明实施例1制备的钻头粉坯的前视图；
[0043]图3为本发明实施例1提供的合金钻头的照片。
【具体实施方式】
[0044]下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045]本发明提供了一种合金钻头，成分为:
[0046]14wt%?3(^1:%的粘结相，所述粘结相为Co、N1、Fe和Cu中的一种或几种；
[0047]0.32wt%?9.7wt%的添加剂，所述添加剂为TaC、MoC、Cr3C2和MnC中的一种或几种；
[0048]余量为硬质相，所述硬质相为WC。
[0049]在本发明的实施例中，所述合金钻头中的粘结相可以为Co和Ni ;在其他的实施例中，所述合金钻头中的粘结相可以为Fe、Co和Ni ;在另外的实施例中，所述合金钻头中的粘结相可以为Cu和Ni。在本发明的实施例中，当所述合金钻头中的粘结相为Co和Ni的情况下，粘结相的质量含量为14wt%?22.5wt%，Co和Ni的质量比为(9?14.5): (5?8)。在本发明的实施例中，当所述合金钻头中的粘结相为Fe、Co和Ni的情况下，粘结相的质量含量为 22.4wt%~ 30wt%，Fe、Co 和 Ni 的质量比为(15 ?20): (3.6 ?5.1): (3.8 ?4.9)。在本发明的实施例中，当所述合金钻头中的粘结相为Cu和Ni的情况下，粘结相的质量含量为 18.8wt%~ 26.9wt%，Cu 和 Ni 的质量比为(14.3 ?20.5): (4.5 ?6.4)。
[0050]在本发明的实施例中，所述合金钻头中的添加剂可以为TaC和MoC ;在其他的实施例中，所述合金钻头中的添加剂为Cr3C2或MnC。在本发明的实施例中，当所述合金钻头中的添加剂为TaC和MoC的情况下，添加剂的质量含量为0.65wt%?1.15wt%, TaC和MoC的质量比为(0.35?0.6):(0.3?0.55)。在本发明的实施例中，当合金钻头中的添加剂为Cr3C2的情况下，Cr 3C2的质量含量为0.32wt%?0.4wt%。在本发明的实施例中，当合金钻头中的添加剂为MnC的情况下，MnC的质量含量为6.8wt%?9.7wt%。
[0051]在本发明的实施例中，所述合金钻头的成分为钨钴合金、铁钨合金或铜钨合金。在本发明的实施例中，所述钨钴合金的成分为:
[0052]9wt%?14.5界1:%的 Co，
[0053]5wt%? 8wt% 的 Ni，
[0054]0.35wt % ?0.6wt % 的 TaC，
[0055]0.3wt % ?0.55wt % 的 MoC，
[0056]余量为WC。
[0057]在本发明的实施例中，所述钨钴合金中Co的含量为10wt%? 14wt% ;在其他的实施例中，所述妈钴合金中Co的含量为llwt%? 13wt% ;在另外的实施例中，所述妈钴合金中Co的含量为11.5wt%?12.5wt%。在本发明的实施例中，所述钨钴合金中Ni的含量为5.5wt%?7.5wt% ;在其他的实施例中，所述钨钴合金中Ni的含量为6wt%?7wt% ；在另外的实施例中，所述钨钴合金中Ni的含量为6.4wt%?6.6wt%。在本发明的实施例中，所述钨钴合金中TaC的含量为0.4wt%?0.55wt% ;在其他的实施例中，所述钨钴合金中TaC的含量为0.45wt%?0.5wt% ;在另外的实施例中，所述钨钴合金中TaC的含量为0.46wt %?0.48wt %。在本发明的实施例中，所述钨钴合金中MoC的含量为0.35wt %?0.5wt%;在其他的实施例中，所述钨钴合金中MoC的含量为0.4wt%?0.45被％;在另外的实施例中，所述钨钴合金中Mo