Thermal wear at pag-alis ng kobalt ng PDC

I. Pagkasuot sa init at pag-alis ng kobalt ng PDC

Sa proseso ng high pressure sintering ng PDC, ang cobalt ay gumaganap bilang isang katalista upang itaguyod ang direktang kombinasyon ng diyamante at diyamante, at gawing buo ang diamond layer at tungsten carbide matrix, na nagreresulta sa mga ngipin sa pagputol ng PDC na angkop para sa oilfield geological drilling na may mataas na katigasan at mahusay na resistensya sa pagkasira.

Limitado ang resistensya ng mga diyamante sa init. Sa ilalim ng presyon ng atmospera, ang ibabaw ng diyamante ay maaaring magbago sa mga temperaturang humigit-kumulang 900℃ o mas mataas pa. Habang ginagamit, ang mga tradisyonal na PDC ay may posibilidad na masira sa humigit-kumulang 750℃. Kapag nagbubutas sa matigas at nakasasakit na mga patong ng bato, madaling maabot ng mga PDC ang temperaturang ito dahil sa frictional heat, at ang agarang temperatura (ibig sabihin, lokal na temperatura sa antas ng mikroskopiko) ay maaaring mas mataas pa, na higit na lumalagpas sa melting point ng cobalt (1495°C).

Kung ikukumpara sa purong diyamante, dahil sa presensya ng kobalt, ang diyamante ay nagiging grapayt sa mas mababang temperatura. Bilang resulta, ang pagkasira ng diyamante ay sanhi ng grapaytisasyon na resulta ng lokal na init ng pagkikiskisan. Bukod pa rito, ang thermal expansion coefficient ng kobalt ay mas mataas kaysa sa diyamante, kaya habang pinainit, ang pagbubuklod sa pagitan ng mga butil ng diyamante ay maaaring maantala ng paglawak ng kobalt.

Noong 1983, dalawang mananaliksik ang nagsagawa ng paggamot sa pag-alis ng diyamante sa ibabaw ng mga karaniwang patong ng diyamante na PDC, na lubos na nagpahusay sa pagganap ng mga ngiping PDC. Gayunpaman, ang imbensyong ito ay hindi nakatanggap ng nararapat na atensyon. Pagkatapos lamang ng taong 2000, nang may mas malalim na pag-unawa sa mga patong ng diyamante na PDC, sinimulan ng mga supplier ng drill ang paglalapat ng teknolohiyang ito sa mga ngiping PDC na ginagamit sa pagbabarena ng bato. Ang mga ngiping ginamot gamit ang pamamaraang ito ay angkop para sa mga pormasyong lubos na nakasasakit na may malaking thermal mechanical wear at karaniwang tinutukoy bilang mga ngiping "de-cobalto".

Ang tinatawag na "de-cobalt" ay ginagawa sa tradisyunal na paraan upang makagawa ng PDC, at pagkatapos ay ang ibabaw ng patong ng diyamante nito ay inilulubog sa malakas na asido upang maalis ang cobalt phase sa pamamagitan ng proseso ng acid etching. Ang lalim ng pag-alis ng cobalt ay maaaring umabot sa humigit-kumulang 200 microns.

Isang heavy-duty wear test ang isinagawa sa dalawang magkaparehong ngipin ng PDC (ang isa ay sumailalim sa cobalt removal treatment sa ibabaw ng diamond layer). Matapos putulin ang 5000m ng granite, natuklasan na ang wear rate ng non-cobalt-removed PDC ay nagsimulang tumaas nang husto. Sa kabaligtaran, ang cobalt-removed PDC ay nagpapanatili ng medyo matatag na cutting speed habang pinuputol ang humigit-kumulang 15000m ng bato.

2. Paraan ng pagtuklas ng PDC

Mayroong dalawang uri ng pamamaraan upang matukoy ang mga ngiping PDC, ang destructive testing at ang non-destructive testing.

1. Mapanirang pagsubok

Ang mga pagsubok na ito ay naglalayong gayahin ang mga kondisyon sa ilalim ng butas nang makatotohanan hangga't maaari upang masuri ang pagganap ng pagputol ng mga ngipin sa ilalim ng ganitong mga kondisyon. Ang dalawang pangunahing anyo ng mapanirang pagsubok ay ang mga pagsubok sa resistensya sa pagkasuot at mga pagsubok sa resistensya sa epekto.

(1) Pagsubok sa resistensya sa paggamit

Tatlong uri ng kagamitan ang ginagamit upang magsagawa ng mga pagsubok sa resistensya sa pagkasuot ng PDC:

A. Patayong lathe (VTL)

Sa panahon ng pagsubok, unang ikabit ang PDC bit sa VTL lathe at maglagay ng sample ng bato (karaniwan ay granite) sa tabi ng PDC bit. Pagkatapos ay iikot ang sample ng bato sa paligid ng axis ng lathe sa isang tiyak na bilis. Ang PDC bit ay pumuputol sa sample ng bato na may tiyak na lalim. Kapag gumagamit ng granite para sa pagsubok, ang lalim ng pagputol na ito ay karaniwang mas mababa sa 1 mm. Ang pagsubok na ito ay maaaring tuyo o basa. Sa "dry VTL testing," kapag ang PDC bit ay pumuputol sa bato, walang paglamig na inilalapat; lahat ng frictional heat na nalilikha ay pumapasok sa PDC, na nagpapabilis sa proseso ng graphitization ng diamante. Ang pamamaraan ng pagsubok na ito ay nagbubunga ng mahusay na mga resulta kapag sinusuri ang mga PDC bit sa ilalim ng mga kondisyon na nangangailangan ng mataas na presyon ng pagbabarena o mataas na bilis ng pag-ikot.

Tinutukoy ng "wet VTL test" ang tagal ng buhay ng PDC sa ilalim ng katamtamang mga kondisyon ng pag-init sa pamamagitan ng pagpapalamig sa mga ngipin ng PDC gamit ang tubig o hangin habang sinusuri. Samakatuwid, ang pangunahing pinagmumulan ng pagkasira ng pagsusuring ito ay ang paggiling ng sample ng bato sa halip na ang heating factor.

B, pahalang na lathe

Isinasagawa rin ang pagsubok na ito gamit ang granite, at ang prinsipyo ng pagsubok ay halos kapareho ng sa VTL. Ang oras ng pagsubok ay ilang minuto lamang, at ang thermal shock sa pagitan ng granite at PDC na ngipin ay napakalimitado.

Magkakaiba ang mga parametro ng pagsubok ng granite na ginagamit ng mga supplier ng PDC gear. Halimbawa, ang mga parametro ng pagsubok na ginagamit ng Synthetic Corporation at DI Company sa Estados Unidos ay hindi eksaktong pareho, ngunit ginagamit nila ang parehong materyal na granite para sa kanilang mga pagsubok, isang magaspang hanggang katamtamang grado na polycrystalline igneous rock na may napakakaunting porosity at compressive strength na 190MPa.

C. Instrumentong panukat ng ratio ng abrasion

Sa ilalim ng tinukoy na mga kondisyon, ang diamond layer ng PDC ay ginagamit upang putulin ang silicon carbide grinding wheel, at ang ratio ng wear rate ng grinding wheel at wear rate ng PDC ay kinukuha bilang wear index ng PDC, na tinatawag na wear ratio.

(2) Pagsubok sa resistensya sa epekto

Ang pamamaraan para sa impact testing ay kinabibilangan ng pag-install ng mga ngiping PDC sa anggulong 15-25 degrees at pagkatapos ay pagbagsak ng isang bagay mula sa isang tiyak na taas upang tamaan ang diamond layer sa mga ngiping PDC nang patayo. Ang bigat at taas ng bumabagsak na bagay ay nagpapahiwatig ng antas ng enerhiya ng impact na nararanasan ng ngiping sinusubok, na maaaring unti-unting tumaas ng hanggang 100 joules. Ang bawat ngipin ay maaaring ma-impact nang 3-7 beses hanggang sa hindi na ito masubukan pa. Sa pangkalahatan, hindi bababa sa 10 sample ng bawat uri ng ngipin ang sinusubok sa bawat antas ng enerhiya. Dahil mayroong saklaw sa resistensya ng mga ngipin sa impact, ang mga resulta ng pagsubok sa bawat antas ng enerhiya ay ang average na lawak ng diamond spalling pagkatapos ng impact para sa bawat ngipin.

2. Hindi mapanirang pagsubok

Ang pinakalawak na ginagamit na pamamaraan ng hindi mapanirang pagsusuri (maliban sa biswal at mikroskopikong inspeksyon) ay ang ultrasonic scanning (Cscan).

Kayang matukoy ng teknolohiyang C scanning ang maliliit na depekto at matukoy ang lokasyon at laki ng mga depekto. Kapag ginagawa ang pagsusuring ito, ilagay muna ang ngiping PDC sa isang tangke ng tubig, at pagkatapos ay i-scan gamit ang isang ultrasonic probe;

Ang artikulong ito ay muling inilimbag mula sa "Pandaigdigang Network ng Paggawa ng Metal"