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金剛石復(fù)合片(PDC)作為一種新型復(fù)合材料,雖然發(fā)展歷史僅有幾十年,但因其具有硬度高、耐磨性好的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于石油鉆井、地質(zhì)勘探、煤田鉆采鉆頭上和非鐵金屬及合金、硬質(zhì)合金、石墨、塑料、橡膠、陶瓷和木材等材料的切削加工等領(lǐng)域。近幾年,由于金剛石復(fù)合片的使用范圍越來(lái)越廣泛,因此對(duì)其性能的要求也逐漸提高,相應(yīng)的性能檢測(cè)方法也經(jīng)過(guò)了一個(gè)快速的發(fā)展過(guò)程,在檢測(cè)的準(zhǔn)確性和有效性方面都趨于成熟。
一、什么是金剛石復(fù)合片
金剛石復(fù)合片(PDC)是采用金剛石微粉與硬質(zhì)合金基片在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成的復(fù)合材料,因此既具有金剛石的高硬度、高耐磨性與導(dǎo)熱性,又具有硬質(zhì)合金的強(qiáng)度與抗沖擊韌性。金剛石復(fù)合片的表層為金剛石粒度不同的粉末燒結(jié)而成的多晶金剛石,具有*的硬度、耐磨性和較長(zhǎng)的工作壽命;底層一般為鎢鈷類硬質(zhì)合金,具有較好的韌性,為表層聚晶金剛石提供良好的支撐的同時(shí)也使得其更容易通過(guò)釬焊焊接到各種工具上,是制造切削刀具、鉆井鉆頭及其他耐磨工具的理想材料。
二、金剛石復(fù)合片的分類和應(yīng)用
根據(jù)應(yīng)用范圍的不同,目前市面上的金剛石復(fù)合片產(chǎn)品主要分為以下兩種類型:
1、鉆采類金剛石復(fù)合片
鉆采類金剛石復(fù)合片適用于軟到中硬地質(zhì)鉆井,具有較高的抗沖擊韌性和熱穩(wěn)定性,耐熱溫度可達(dá)750℃(兩分鐘),此類產(chǎn)品通常有平面及多種槽面結(jié)合型,可根據(jù)用戶需要設(shè)計(jì)槽型、研磨、拋光、倒角等。
2、機(jī)械刀具類金剛石復(fù)合片
機(jī)械刀具類金剛石復(fù)合片適用于高硬度合金、木材、陶瓷等非金屬、非鐵金屬及其他金屬的切削及加工,具有較高的硬度與耐磨性,切削精度高,根據(jù)用戶需求,有長(zhǎng)方形、三角形、扇形等形狀,可用于制作耐磨器件、鉆頭、鉆頭齒(有球面形、錐形)等。
三、金剛石復(fù)合片的性能
金剛石復(fù)合片的應(yīng)用范圍如此廣泛,離不開(kāi)其*的材料性能。首先,金剛石復(fù)合片具有很高的硬度和耐磨性(磨耗比)。據(jù)測(cè)定,金剛石復(fù)合片的硬度高達(dá)10000 HV左右,是目前世界上人造材料中硬度,比硬質(zhì)合金及工程陶瓷的硬度高得多,由于硬度*,并且各向同性,由此金剛石復(fù)合片具有耐磨性,這也使得其被廣泛地用于作為鉆頭和材料切削加工工具。
其次,金剛石復(fù)合片具有很強(qiáng)的熱穩(wěn)定性。耐熱穩(wěn)定性是指在大氣環(huán)境(有氧氣存在)下加熱到一定的溫度,冷卻以后聚晶層化學(xué)性能的穩(wěn)定性(金剛石墨化的程度)、宏觀力學(xué)性能的變化和對(duì)復(fù)合層界面結(jié)合牢固程度的影響。金剛石復(fù)合片的熱穩(wěn)定性確定了其使用范圍,復(fù)合片的熱穩(wěn)定性即為耐熱性,與其強(qiáng)度和磨耗比一樣,是衡量PDC質(zhì)量的重要性能指標(biāo)之一。
除了硬度、耐磨性和熱穩(wěn)定性,抗沖擊韌性也是金剛石復(fù)合片非常重要的性能指標(biāo)。作為切削工具,金剛石復(fù)合片被廣泛地應(yīng)用于油氣鉆井作業(yè)中,但在鉆井過(guò)程中,由于軸向力和水平切削力的聯(lián)合作用、鉆具與孔壁的摩擦、鉆桿柱的彎曲、孔底不平及殘留巖粉、鉆機(jī)振動(dòng)等因素的影響,往往會(huì)對(duì)鉆頭上的金剛石復(fù)合片造成極大的沖擊力。因此抗沖擊性能不僅能反映復(fù)合片的韌性和粘結(jié)強(qiáng)度,更是一項(xiàng)影響復(fù)合片使用效果和壽命的關(guān)鍵綜合性指標(biāo),隨著試驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步,對(duì)于抗沖擊性能的檢測(cè)方法也在不斷完善。
萬(wàn)測(cè)DIT122Z-1金剛石落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)就是用于檢測(cè)金剛石復(fù)合片的抗沖擊性能的試驗(yàn)設(shè)備,試驗(yàn)方法是將一定質(zhì)量的錘體提升至設(shè)定高度,然后由靜止釋放,錘體自由落體沖擊到金剛石復(fù)合片上,沖擊完成后觀察金剛石復(fù)合片的金剛石層和基體是否完好。另外,金剛石落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)還可更換錘頭實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼板的二次加工脆化溫度的測(cè)定,具體試驗(yàn)方法是將杯樣在不同溫度下保溫一定時(shí)間后置于底座上,由一特定錐角的重錘從高處自由下落以特定能量沖擊樣杯杯口部位,通過(guò)不斷降低落錘沖擊的試驗(yàn)溫度直到樣杯破裂,以此測(cè)定鋼板的二次加工脆化溫度。
萬(wàn)測(cè)DIT122Z-1金剛石落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)
萬(wàn)測(cè)DIT122Z-1金剛石落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)配備全自動(dòng)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)提錘、沖擊、抓錘自動(dòng)化過(guò)程,大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了工作效率及操作安全;自動(dòng)控制系統(tǒng)采用西門(mén)子PLC可編程序控制器來(lái)設(shè)計(jì),配備觸摸屏作為終端操作機(jī),因PLC的可靠性與穩(wěn)定性*,抗*力*,因而整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性也很高,不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作,大大提高了試驗(yàn)人員的安全性。另外,方便的可更換的錘體方式適用于不同型號(hào)的試樣要求,配備的高精度準(zhǔn)確定位裝置實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)的沖擊。
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