专利名称：钻探、凿岩用硬质合金的真空热处理方法
技术领域：
本发明属于地质钻探，矿山开采、凿岩用工具的热处理方法，特别是一种针对牙轮钻类的硬质合金钻齿及钎头用一字钎片进行热处理的方法。
背景技术：
常规地质钻探，矿山开采、凿岩用牙轮钻类上的钻齿及钎杆头上的一字钎片等一般均采用直接烧结成型的硬质合金。此类硬质合金材料虽然具有高硬度、高耐磨性及红硬性好、抗压强度高等优良性能；但对于需在承受动载荷及冲击载荷条件下使用的上述硬质合金钻齿、一字钎片等还要求韧性好、耐冲击。而采用传统工艺生产的硬质合金钻齿、一字钎片则无法很好兼顾高韧性、耐冲击性和高的耐磨。因此，在使用中存在易发生崩刃、碎断及早期磨损而导致使用性能下降，影响钻探、凿进效率及钻具的使用寿命等弊病。
发明内容
本发明的目的是开发研究一种钻探、凿岩用硬质合金的真空热处理方法，以提高硬质合金钻齿、一字钎片等的韧性、耐磨性及综合机械性能，达到耐磨性及韧性好、耐冲击性强，减少使用过程中的崩刃、碎断及早期磨损现象、提高使用效率、延长使用寿命、降低使用成本等目的。
本发明的解决方案是针对钻齿、钎片类硬质合金的成分以WC-Co为主，其中的Co相既具有粘结作用、将脆性的WC晶粒连接在一起，当合金体受外力作用产生形变时，又具有吸收应变能、松驰应力，协调两相应变关系的作用。其作用的大小与合金组织中的α-Co与ε-Co有关，前者越多，其作用越明显，韧性也越好，而常规烧结品中几乎全为ε-Co相。本发明即通过在设定条件下对合金制品进行真空热处理，以提高合金体中α-Co相的量来实现其目的。因此，本发明方法包括A淬火将烧结合格的硬质合金钻齿或钎片制品置于双室真空炉的加热室内、冷室盛淬火油，将两室的真空度抽至20Pa以下，然后将加热室温度逐渐加热至950～1300℃，保温15～40分钟；再依次向加热室和冷室充入N2气至两室的真空度均达到500～1000Pa后，将加热后的制品送入冷室中的淬火油内、淬火处理2～5分钟，然后将制品提升至油面以上，待其自然冷却到100℃以下；B、回火处理将冷却后的制品再送回加热室内，加热至450～750℃并保温6～10小时后，随炉冷却至室温出炉；C、滚磨处理将经回火处理后的制品送入球磨机内滚磨3～8小时，即得Co相成份中α-Co相占10～30％的成品；球磨机球料比为2～5∶1，转速30～100转/分。
上述滚磨处理中的研磨球为硬质合金球或硬质合金与硬卵石混合研磨球，球径为φ4～10mm。
常规硬质合金钻齿、钎片经本发明方法进行淬火、回火及滚磨处理后制品中的α-Co相所占Co相成份可提高10～30％，在提高制品的耐磨性的同时有效地提高了制品的韧性；由于钨在Co相中的溶解、合金结构亦发生一系列变化，WC晶粒多面体顶端发生圆化，使其变成具有波浪晶面的球状体。采用本发明方法处理后的制品冲击韧性较处理前提高20～40％；对热处理前、后的一字钎片作钻探对比试验，在相同条件下，未经处理的常规一字钎片仅能钻进25米，而经本发明处理后的钎片均能钻40米以上。因而本发明具有可有效提高硬质合金钻齿、钎片的综合机械性能，耐磨性、韧性好，抗冲击性强，大大降低了使用中的崩刃、碎断及早期磨损现象，可延长使用寿命60％，凿进效率高，使用成本低等特点。
具体实施例方式
实施例1以处理牌号为YG10C的制品为例A、首先将100kg制品送入100型双室真空炉加热室内，冷室加入1#真空淬火油并将两室真空度均抽至20Pa以下，然后从室温匀速加热至1230℃后、保温半小时，再向加热室和冷室依次充入N2气，待炉内真空度达800Pa后，开启两室之间的隔离板将加热后的制品送入冷室淬火油内、淬火处理2.5分钟后，将制品提升至油面以上，待自然冷却至100℃以下，再送回加热室内；B、将送回加热室的淬火后的制品再加热至650℃，保温8小时后，随炉冷却至室温出炉待用；C、将经回火处理后的制品300kg送入直径为φ140mm的球磨机内，40转/分、滚磨6小时，即得成品；研磨球为硬质合金球，球径φ4～10mm。
所得制品冲击韧性试验平均为6.96N·m/cm2较处理前的平均值提高28.0％；α-Co相成份较热处理前提高16％。
实施例2本实施以对YG8C制品进行处理为例淬火温度1080℃，淬火时间3分钟，室内加热及淬火时的真空度和淬火油与例1、同；回火温度500℃、时间8小时；滚磨处理时间5小时；其余参数及操作步骤、方法均与实施例1、相同。
本实施例处理后的制品冲击韧性平均为5.18N·m/cm3。较未经处理的对照组提高37.0％，金相组织中α-Co相成份提高13.0％。
实施例3以对YG15C制品热处理为例淬火温度1120℃，淬火处理时间4分钟，室内加热及淬火时的真空度和所用淬火油亦与例1、同；回火温度700℃。保温时间8.5小时；滚磨处理时间7小时；其中研磨球中硬质合金球与硬卵石之比为2∶1；其余参数及操作步骤、方法均与实施例1、相同。
经检测本实施例处理后制品金相组织中α-Co相成份较处理前平均提高20％；冲击韧性试验平均为7.24N·m/cm2，较未经处理的对照组平均提高37.1％。
权利要求
1.钻探、凿岩用硬质合金的真空热处理方法，其方法包括A、淬火将烧结合格的硬质合金钻齿或钎片制品置于双室真空炉的加热室内，冷室盛淬火油，并将两室的真空度抽至20Pa以下，然后将加热室温度逐渐加热至950～1300℃、保温15～40分钟；再依次向加热室和冷室充入N2气至两室的真空度均达到500～1000Pa后，将加热后的制品送入冷室中的淬火油内、淬火处理2～5分钟，然后将制品提升至油面以上，待其自然冷却到100℃以下；B、回火处理将上述冷却后的制品再送回加热室内，加热至450～750℃并保温6～10小时后、随炉冷却至室温出炉；C、滚磨处理将经回火处理后的制品送入球磨机内滚磨3～8小时，即得Co相成份中α-Co相占10～30％的成品；球磨机球料比为2～5∶1，转速为30～100转/分。
2.按权利要求1、所述硬质合金的真空热处理方法；其特征在于滚磨处理中的研磨球为硬质合金球或硬质合金与硬卵石混合研磨球，球径为φ4～10mm。
全文摘要
该发明属于对钻探、凿岩用硬质合金进行真空热处理的方法。包括将制品送入双室真空炉内加热，同时在N
文档编号E21B10/46GK1827828SQ200610020648
公开日2006年9月6日 申请日期2006年4月3日 优先权日2006年4月3日
发明者李芳 , 黄新, 李桃, 董伟 申请人:自贡硬质合金有限责任公司