一种聚晶金刚石潜孔钻头及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种聚晶金刚石潜孔钻头及其制备方法，包括潜孔钻头基体和均匀设置在潜孔钻头基体外圆周表面的齿尖；齿尖由硬质合金基体和聚晶金刚石耐磨层组成。制备方法为：（1）对潜孔钻头基体进行机械加工，进行表面渗碳处理，在潜孔钻头基体圆周表面加工齿尖安装孔；（2）将硬质合金基体加工为聚晶金刚石复合片，作为齿尖；（3）将齿尖通过镶嵌的方式均匀固定到潜孔钻头基体的安装孔内。本发明专利技术在潜孔钻头基体的头部圆周面上预制安装孔，在安装内镶嵌或钎焊聚晶金刚石复合片，聚晶金刚石复合片由硬质合金基体和聚晶金刚石耐磨层经过一系列加工工艺制作而成，采用聚晶金刚石耐磨层大大增强了潜孔钻头基体的耐磨性。

【技术实现步骤摘要】
一种聚晶金刚石潜孔钻头及其制备方法
本专利技术涉及矿山工具加工制造
，尤其涉及一种聚晶金刚石潜孔钻头及其制备方法。
技术介绍
目前，潜孔钻头在露天和地下矿山、采石场、水电工程、水井钻进、矿物勘探、岩体钢索锚固孔钻凿、地热开凿、地铁工程开挖、边桩支护等施工场地大量使用。在传统的技术中，潜孔钻头由硬质合金齿头和钢制基体组成。在中等硬度及偏软的岩层中传统的潜孔钻头工具可以满足工程需要，但遇到岩层坚硬的花岗岩或研磨性强的岩层时，潜孔钻头的硬质合金齿头磨损严重或硬质合金齿头过早脱落、断裂。潜孔钻头的寿命短、效率低下的弱势不仅影响工程的质量和进度，也造成人力、物力及原材料的大量浪费。因此，有必要研究一种高性能的聚晶金刚石潜孔钻头，使潜孔钻头具有高的耐磨性，延长潜孔钻头使用寿命，提高工具效能，节约原材料。
技术实现思路
本专利技术提出了一种种韧性强、硬度高、耐磨性高的聚晶金刚石潜孔钻头及其制作工艺。实现本专利技术的技术方案是：一种聚晶金刚石潜孔钻头，包括潜孔钻头基体和均匀设置在潜孔钻头基体外圆周表面的齿尖；其中潜孔钻头基体的各原料所占的质量百分比分别为：C0.24-0.30%、Ni3.1-3.5%、Mn0.6-0.8%、Cr1.7-1.9%、Mo0.2-0.4%、V0.8-1.0%、杂质P≤0.02%、杂质S≤0.02%，Fe余量；齿尖由硬质合金基体和聚晶金刚石耐磨层组成。所述聚晶金刚石耐磨层的各原料所占的质量百分比分别为：金刚石80%-82%，Si6%-7%，Co12%-13%。所述潜孔钻头基体进行表面渗碳处理，表面整体硬度为HRC57-60，心部硬度为HRC34-38，心部冲击韧性为35-45J/cm2。所述的聚晶金刚石潜孔钻头的制备方法，步骤如下：（1）对潜孔钻头基体进行机械加工，进行表面渗碳处理，在潜孔钻头基体圆周表面加工齿尖安装孔；（2）将硬质合金基体加工为聚晶金刚石复合片，作为齿尖；（3）将齿尖通过镶嵌的方式均匀固定到潜孔钻头基体的安装孔内。所述步骤（1）的具体操作步骤为：潜孔钻头基体机械加工后的粗坯经渗碳淬火处理、二次低温回火、精加工后获得表面整体硬度为HRC57-60，心部硬度为HRC34-38，心部冲击韧性为40J/cm2以上的潜孔钻头基体。所述渗碳淬火处理的渗碳温度为900℃-930℃，淬火油温度为30℃-50℃；二次低温回火的回火温度为180℃-200℃、160℃-180℃各一次，保温时间1.5-2h，采用真空炉或气氛保护炉。所述步骤（2）的具体操作步骤为：A、金刚石混合微粉的配料、混合：将金刚石微粉、Co粉和Si粉混合均匀，利用球磨机将球磨10h，混合均匀后放置在120℃的真空干燥箱下保存备用；B、硬质合金基体：按图纸要求加工硬质合金基体，其中WC的重量百分比为83%-94%，Co的重量百分比为6%-17%；C、在叶腊石块内将金刚石混合微粉与硬质合金基体组装：取0.5g-2.0g金刚石混合微粉与硬质合金基体用5-10吨的压力机压实组装；将组装压实后的基体置于叶腊石合成块中，放入导电钢圈组成的合成模内，其中聚晶金刚石耐磨层的厚度为0.5-2.0mm；D、高温高压下合成：将组成的合成模放入六面顶金刚石压机内，在压力5.5-6.1GPa，温度1300℃-1500℃，烧结合成4-5min，制成聚晶金刚石复合片；E、聚晶金刚石复合片去应力：聚晶金刚石复合片在真空炉或气氛保护炉加热到200-250℃，保温5-10min后，随炉温自然冷却；F、聚晶金刚石复合片的后加工：采用磨床进行机械加工后得到聚晶金刚石复合片，使聚晶金刚石复合片的硬质合金基体的直径稍大于安装槽的内径，硬质合金基体直径公差为±0.01mm，高度公差为±0.05mm。所述步骤A中金刚石混合微粉中包括以下重量百分比的原料：粒度为50-60μm的金刚石微粉30%-35%，粒度为30-40μm的金刚石微粉30%-35%，粒度为10-20μm的金刚石微粉5%-20%，粒度为5-20.0μm的Co粉12%-13%，剩余为Si粉。在潜孔钻头基体的安装孔内底部设置铜垫片，再将聚晶金刚石复合片镶嵌到安装孔内，采用过盈配合的镶嵌方式，过盈量控制在0.05mm，镶嵌时采用加热潜孔钻头基体的方式，加热温度为120-180℃。所述步骤（3）的具体制备步骤为：将聚晶金刚石复合片的硬质合金基体镶嵌到安装孔内，然后通过钎焊将硬质合金基体与潜孔钻头基体焊接为一体，焊接温度为620℃-680℃，采用高强度的银焊料和粉状的银钎焊剂。本专利技术的有益效果是：与传统潜孔钻头基体材料相比，本专利技术中采用低碳合金钢，提高Cr含量至1.7-1.9%，Cr能大大提高合金钢的强度和塑性；加入V为0.8-1.0%，能大幅提高潜孔钻头基体的耐磨性。经过热处理后，此种潜孔钻头基体的冲击韧性有较大程度提高为40J/cm2，保证了潜孔钻头基体具有极高的韧性，避免潜孔钻头基体断裂现象出现。由于在潜孔钻头基体的头部圆周面上预制安装孔，在安装内镶嵌或钎焊聚晶金刚石复合片，聚晶金刚石复合片由硬质合金基体和聚晶金刚石耐磨层经过一系列加工工艺制作而成，采用聚晶金刚石耐磨层大大增强了潜孔钻头基体的耐磨性。本专利技术将潜孔钻头基体和齿尖采用独立制作，并分别采用独特的加工工艺，使潜孔钻头基体的高冲击韧性和聚晶金刚石复合片高的抗压强度、硬度和耐磨性结合起来，故能轻易破碎岩石的同时具有极高的寿命，也大大提高了施工掘进效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的结构示意图。图2为齿尖的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1和2所示，本专利技术的一种聚晶金刚石潜孔钻头基体，包括潜孔钻头基体1和均匀设置在潜孔钻头基体1外圆周表面的齿尖2、3、4；其中1-1为卡环槽，1-2为花键槽。圆锥形聚晶金刚石齿尖5由硬质合金基体6与聚晶金刚石耐磨层7组成。实施例1一种聚晶金刚石潜孔钻头，包括潜孔钻头基体和均匀设置在潜孔钻头基体外圆周表面的齿尖；其中潜孔钻头基体的各原料所占的质量百分比分别为：C为0.24%、Ni为3.1%、Mn为0.6%、Cr为1.7%、Mo为0.2%、V为0.8%、杂质P≤0.02%、杂质S≤0.02%，Fe余量；齿尖由硬质合金基体和聚晶金刚石耐磨层组成，聚晶金刚石耐磨层的各原料所占的质量百分比分别为：金刚石为80%，Si为7%，Co为13%。潜孔钻头基体进行表面渗碳处理，表面整体硬度为HRC57，心部硬度为HRC34，心部冲击韧性为40J/cm2以上。一种聚晶金刚石潜孔钻头的制作工艺，包括以下步骤：（1）对潜孔钻头基体按照图纸机械加工；进行表面渗碳处理；在潜孔钻头基体圆周表面按图纸加工齿尖安装孔；（2）对聚晶金刚石齿尖进行制作；（3）将齿尖的硬质合金基体通过镶嵌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚晶金刚石潜孔钻头，其特征在于：包括潜孔钻头基体和均匀设置在潜孔钻头基体外圆周表面的齿尖；其中潜孔钻头基体的各原料所占的质量百分比分别为：C 0.24‑0.30%、Ni 3.1 ‑3.5%、Mn 0.6 ‑0.8%、Cr 1.7 ‑1.9%、Mo 0.2‑0.4%、V 0.8‑1.0%、杂质P≤0.02%、杂质S≤0.02%，Fe余量；齿尖由硬质合金基体和聚晶金刚石耐磨层组成。

【技术特征摘要】
1.一种聚晶金刚石潜孔钻头，其特征在于：包括潜孔钻头基体和均匀设置在潜孔钻头基体外圆周表面的齿尖；其中潜孔钻头基体的各原料所占的质量百分比分别为：C0.24-0.30%、Ni3.1-3.5%、Mn0.6-0.8%、Cr1.7-1.9%、Mo0.2-0.4%、V0.8-1.0%、杂质P≤0.02%、杂质S≤0.02%，Fe余量；齿尖由硬质合金基体和聚晶金刚石耐磨层组成。2.根据权利要求1所述的聚晶金刚石潜孔钻头，其特征在于：所述聚晶金刚石耐磨层的各原料所占的质量百分比分别为：金刚石80%-82%，Si6%-7%，Co12%-13%。3.根据权利要求1所述的聚晶金刚石潜孔钻头，其特征在于：所述潜孔钻头基体进行表面渗碳处理，表面整体硬度为HRC57-60，心部硬度为HRC34-38，心部冲击韧性为35-45J/cm2。4.权利要求1所述的聚晶金刚石潜孔钻头的制备方法，其特征在于步骤如下：（1）对潜孔钻头基体进行机械加工，进行表面渗碳处理，在潜孔钻头基体圆周表面加工齿尖安装孔；（2）将硬质合金基体加工为聚晶金刚石复合片，作为齿尖；（3）将齿尖通过镶嵌的方式均匀固定到潜孔钻头基体的安装孔内。5.根据权利要求4所述的聚晶金刚石潜孔钻头的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）的具体操作步骤为：潜孔钻头基体机械加工后的粗坯经渗碳淬火处理、二次低温回火、精加工后获得表面整体硬度为HRC57-60，心部硬度为HRC34-38，心部冲击韧性为40J/cm2以上的潜孔钻头基体。6.根据权利要求5所述的聚晶金刚石潜孔钻头的制备方法，其特征在于：所述渗碳淬火处理的渗碳温度为900℃-930℃，淬火油温度为30℃-50℃；二次低温回火的回火温度为180℃-200℃、160℃-180℃各一次，保温时间1.5-2h，采用真空炉或气氛保护炉。7.根据权利要求4所述的聚晶金刚石潜孔钻头的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）的具体操作步骤为：A、金刚石混合微粉的配料、混合：将金刚石微粉、Co粉和Si粉混合均匀，利用球磨机将球磨10h，混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：于庆增，喻中孝，杨洋，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41