способ изготовления алмазного породоразрушающего инструмента

Формула изобретения

Способ изготовления алмазного породоразрушающего инструмента, включающий формирование матрицы в графитовой форме, прессование, нагрев до температуры пропитки и охлаждение, отличающийся тем, что после нагрева до температуры пропитки производят горячее прессование инструмента, а затем его охлаждают до 350^oС на воздухе с изотермической выдержкой при этой температуре 10-15 мин и далее погружают в воду, имеющую комнатную температуру, с выдержкой до принятия температуры воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления алмазного инструмента, и может найти применение при изготовлении коронок для бурения геологоразведочных скважин, алмазных долот для бескернового бурения, тонкостенных кольцевых сверл для сверления бетона и железобетона и т.п.

Известен способ изготовления алмазного инструмента путем формирования матрицы в графитовой форме, прессования, нагрева до температуры пропитки и охлаждения (см. Блинов Г.А. и др. Породоразрушающий инструмент для алмазного бурения - Л., Недра, 1959 - 128 с.).

Недостатком этого способа изготовления является то, что алмазы в матрице удерживаются только за счет слабого физического обжатия и быстро выпадают из тела матрицы после обнажения их в процессе разрушения горной породы на забое скважины, что обуславливает низкую стойкость инструмента.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение важного технического результата - повышение стойкости и качества алмазного породоразрушающего инструмента за счет увеличения уровня главного остаточного напряжения сжатия в медно-никелевой связке и связанного с ним улучшения удержания алмазов в матрице.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе изготовления алмазного породоразрушающего инструмента, включающем формирование матрицы в графитовой форме, прессование, нагрев до температуры пропитки, горячее прессование и охлаждение, инструмент охлаждают до температуры 350^oC на воздухе с изотермической выдержкой при этой температуре 10-15 мин, затем погружают в воду, имеющую комнатную температуру, с выдержкой до принятия температуры воды.

Благодаря тому, что алмазный породоразрушающий инструмент охлаждается до температуры 350^oС на воздухе с изотермической выдержкой при этой температуре 10-15 мин с последующем погружением в воду, имеющую комнатную температуру, с выдержкой до температуры воды, происходит, как показали проведенные в ТулНИГП исследования (см. табл.), наибольшее увеличение уровня главного остаточного напряжения сжатия в медно-никелевой связке, применяемой при изготовлении инструмента. Это обуславливает при термообработке дополнительное субструктурное упрочнение связки и улучшение удержания алмазов в матрице. Причем при изотермической выдержке менее 10 мин не происходит наибольшее увеличение уровня главного остаточного напряжения, а при выдержке более 15 мин уже не возрастает достигнутое значение уровня главного напряжения. При термообработке от начальной температуры 350^oС уровень микроискажений значительно повышается, что может быть связано только с повышением количества структурных дефектов. Размер блока мозаики несколько уменьшается. Плотность дислокации повышается (появление этих дислокаций и обеспечивает повышение уровня микроискажений).

Эти дислокации уже уплотняют существующие границы блоков мозаики, что делает их стабильными к процессам полигонизаций и возврата при последующем нагреве фактически до температур порядка начальной 350^oС. Это значит, что оптимальный уровень напряжений сжатия сохраняется при нагреве до температур нормальной эксплуатации инструмента, которые составляют 100-200^oС.

Погружение инструмента в воду, имеющую комнатную температуру, с выдержкой до температуры воды приводит к существенным изменениям характера напряженного состояния матрицы. Более того, там формируются только напряжения сжатия, что приводит к повышению удерживающей способности матрицы алмазных зерен и твердосплавных наполнителей. В присутствии напряжений сжатия эти включения удерживаются не только за счет сил адгезии, но и вследствие механического удерживания окружающими объемами связки.

Способ осуществляется следующим образом.

Формируют матрицу в графитовой форме, прессуют ее корпусом инструмента, внутрь которого помещают медно-никелевую связку. Спрессованный инструмент нагревают на печи ТВЧ до температуры пропитки и производят горячее прессование, после чего инструмент охлаждают на воздухе до температуры 350^oС с изотермической выдержкой при этой температуре 10-15 мин. Затем инструмент освобождают от графитовой формы и погружают в воду, имеющую комнатную температуру, с выдержкой до принятия температуры воды. После чего инструмент подвергают механической обработке.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения заключается в повышении стойкости инструмента на 30-50%.