[发明专利]一种合金钻头及其制备方法

说明书

技术领域

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

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。

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(PDC)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。

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

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。

本发明提供了一种合金钻头，成分为：

14wt％～30wt％的粘结相，所述粘结相为Co、Ni、Fe和Cu中的一种或几种；

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；

余量为硬质相，所述硬质相为WC。

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。

优选的，所述钨钴合金的成分为：

9wt％～14.5wt％的Co，

5wt％～8wt％的Ni，

0.35wt％～0.6wt％的TaC，

0.3wt％～0.55wt％的MoC，

余量为WC。

优选的，所述铁钨合金的成分为：

15wt％～20wt％的Fe，

3.6wt％～5.1wt％的Co，

3.8wt％～4.9wt％的Ni，

0.32wt％～0.4wt％的Cr₃C₂，

余量为WC。

优选的，所述铜钨合金的成分为：

14.3wt％～20.5wt％的Cu，

6.8wt％～9.7wt％的MnC，

4.5wt％～6.4wt％的Ni，

余量为WC。

优选的，所述钨钴合金、铁钨合金和铜钨合金的晶粒度为3μm～10.3μm。

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、Ni、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。

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：

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、Ni、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；

将所述混合料进行冷等静压成型，得到粉坯；

将所述粉坯进行形状加工，得到钻头粉坯；

将所述钻头粉坯进行烧结，得到合金钻头。

优选的，将硬质相、粘结相和添加剂混合后还包括：

将得到的混合物依次进行磨制、干燥和制粒，得到混合料。

优选的，所述冷等静压的压力为180MPa～280MPa。

优选的，所述烧结的温度为1430℃～1470℃。