Влияние концентрации и зернистости композиционного наполнителя на прочностные характеристики матриц алмазных буровых коронок
Установлена возможность регулирования физико-механических свойств материала матриц буровых коронок на основе шихты ВК6, пропитанной медью, путем введения в их состав композиционного наполнителя в виде спеченных гранул из вольфрамо-кобальтового сплава ВК6. Встановлена можливість регулювання фізіко-ме...
Saved in:
| Published in: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63200 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние концентрации и зернистости композиционного наполнителя на прочностные характеристики матриц алмазных буровых коронок / В.П. Бондаренко, А.М. Исонкин, Н.А. Юрчук, В.П. Ботвинко, Л.И. Александрова // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 44-47. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63200 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Бондаренко, В.П. Исонкин, А.М. Юрчук, Н.А. Ботвинко, В.П. Александрова, Л.И. 2014-05-30T18:29:08Z 2014-05-30T18:29:08Z 2011 Влияние концентрации и зернистости композиционного наполнителя на прочностные характеристики матриц алмазных буровых коронок / В.П. Бондаренко, А.М. Исонкин, Н.А. Юрчук, В.П. Ботвинко, Л.И. Александрова // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 44-47. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63200 622.24 (085). (477.62) Установлена возможность регулирования физико-механических свойств материала матриц буровых коронок на основе шихты ВК6, пропитанной медью, путем введения в их состав композиционного наполнителя в виде спеченных гранул из вольфрамо-кобальтового сплава ВК6. Встановлена можливість регулювання фізіко-механічніх властивостей матеріалу матриць бурових коронок на основі шихти ВК6, пропі-танной міддю, шляхом введення в їх склад композиційного наповнювача у вигляді спечених гранул з вольфрамо-кобальтового сплаву ВК6. The possibility of regulating the physical and mechanical properties of the material matrix drill bits on the basis of the charge VK6, propyl tannoy copper, by introducing into their composite filler composition in the form of sintered pellets of tungsten-cobalt alloy VK6. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Влияние концентрации и зернистости композиционного наполнителя на прочностные характеристики матриц алмазных буровых коронок Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние концентрации и зернистости композиционного наполнителя на прочностные характеристики матриц алмазных буровых коронок |
| spellingShingle |
Влияние концентрации и зернистости композиционного наполнителя на прочностные характеристики матриц алмазных буровых коронок Бондаренко, В.П. Исонкин, А.М. Юрчук, Н.А. Ботвинко, В.П. Александрова, Л.И. Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| title_short |
Влияние концентрации и зернистости композиционного наполнителя на прочностные характеристики матриц алмазных буровых коронок |
| title_full |
Влияние концентрации и зернистости композиционного наполнителя на прочностные характеристики матриц алмазных буровых коронок |
| title_fullStr |
Влияние концентрации и зернистости композиционного наполнителя на прочностные характеристики матриц алмазных буровых коронок |
| title_full_unstemmed |
Влияние концентрации и зернистости композиционного наполнителя на прочностные характеристики матриц алмазных буровых коронок |
| title_sort |
влияние концентрации и зернистости композиционного наполнителя на прочностные характеристики матриц алмазных буровых коронок |
| author |
Бондаренко, В.П. Исонкин, А.М. Юрчук, Н.А. Ботвинко, В.П. Александрова, Л.И. |
| author_facet |
Бондаренко, В.П. Исонкин, А.М. Юрчук, Н.А. Ботвинко, В.П. Александрова, Л.И. |
| topic |
Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| topic_facet |
Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| format |
Article |
| description |
Установлена возможность регулирования физико-механических свойств материала матриц буровых коронок на основе шихты ВК6, пропитанной медью, путем введения в их состав композиционного наполнителя в виде спеченных гранул из вольфрамо-кобальтового сплава ВК6.
Встановлена можливість регулювання фізіко-механічніх властивостей матеріалу матриць бурових коронок на основі шихти ВК6, пропі-танной міддю, шляхом введення в їх склад композиційного наповнювача у вигляді спечених гранул з вольфрамо-кобальтового сплаву ВК6.
The possibility of regulating the physical and mechanical properties of the material matrix drill bits on the basis of the charge VK6, propyl tannoy copper, by introducing into their composite filler composition in the form of sintered pellets of tungsten-cobalt alloy VK6.
|
| issn |
2223-3938 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63200 |
| citation_txt |
Влияние концентрации и зернистости композиционного наполнителя на прочностные характеристики матриц алмазных буровых коронок / В.П. Бондаренко, А.М. Исонкин, Н.А. Юрчук, В.П. Ботвинко, Л.И. Александрова // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 44-47. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT bondarenkovp vliâniekoncentraciiizernistostikompozicionnogonapolnitelânapročnostnyeharakteristikimatricalmaznyhburovyhkoronok AT isonkinam vliâniekoncentraciiizernistostikompozicionnogonapolnitelânapročnostnyeharakteristikimatricalmaznyhburovyhkoronok AT ûrčukna vliâniekoncentraciiizernistostikompozicionnogonapolnitelânapročnostnyeharakteristikimatricalmaznyhburovyhkoronok AT botvinkovp vliâniekoncentraciiizernistostikompozicionnogonapolnitelânapročnostnyeharakteristikimatricalmaznyhburovyhkoronok AT aleksandrovali vliâniekoncentraciiizernistostikompozicionnogonapolnitelânapročnostnyeharakteristikimatricalmaznyhburovyhkoronok |
| first_indexed |
2025-11-27T01:13:25Z |
| last_indexed |
2025-11-27T01:13:25Z |
| _version_ |
1850787762373918720 |
| fulltext |
Выпуск 14. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
44
УДК 622.24 (085). (477.62)
В. П. Бондаренко, член-корр. НАН Украины, А. М. Исонкин, Н. А. Юрчук,
В. П. Ботвинко, Л. И. Александрова, кандидаты технических наук
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев
ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ И ЗЕРНИСТОСТИ КОМПОЗИЦИОННОГО
НАПОЛНИТЕЛЯ НА ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
МАТРИЦ АЛМАЗНЫХ БУРОВЫХ КОРОНОК
Установлена возможность регулирования физико-механических свойств материала матриц
буровых коронок на основе шихты ВК6, пропитанной медью, путем введения в их состав композици-
онного наполнителя в виде спеченных гранул из вольфрамо-кобальтового сплава ВК6.
Ключевые слова: буровая коронка, матрица, композиционный наполнитель.
Алмазосодержащая матрица буровых коронок представляет собой композиционный материал,
построенный по принципу сочетания разнородных по своим свойствам элементов. При этом основной
целью является использования наиболее ценных качеств и характеристик каждого из элементов при
строго заданных и искусственно регулируемых технологических и геометрических их параметрах [1].
Композиционные материалы с металлической матрицей, содержащей в своем составе
тугоплавкие высокомодульные высокопрочные частицы, являются весьма перспективными для
применения в различных отраслях, в том числе и при бурении скважин. В практике изготовления
алмазных композиционных материалов с целью повышения их износостойкости при абразивном
изнашивании в их матрицу часто вводят высокотвердые наполнители типа SiC, Al2O3, B4C и др. [2, 3].
Однако плохая их смачиваемость сплвами на основе меди и низкая ударостойкость
крупнозернистой составляющей не позволяют обеспечить оптимальную прочность матрицы, а
соответственно и высокую работоспособность коронки в целом. В связи с этим возникает
необходимость поиска более эффективной крупнозернистой составляющей композита.
Одной из таких составляющих может быть композиционный материал, изготовленный в виде
гранул, состоящих из тугоплавкого металла (кобальт, никель) и карбида вольфрама WC, который
хорошо смачивается медью и его сплавами. Изменение содержания и зернистости карбида вольфрама
WC в гранулах позволит изготавливать их с различными размерами, формой, твердостью,
прочностью, ударо – и износостойкостью.
С точки зрения сопротивлению абразивному износу и обеспечению высокой эффективности
разрушения горной породы гетерогенная структура матрицы буровой коронки из чередующихся ре-
гулярно алмазных зерен, гранул композиционного наполнителя с различными размерами, формой,
твердостью, прочностью, ударо – и износостойкостью и пластической матрицы является идеальной
для регулирования процесса обнажения алмазов и повышения эффективности разрушении горной
породы разной твердости и абразивности.
Исходя из изложенного, на первом этапе исследований основной целью исследований было
изучение влияния концентрации и зернистости композиционного наполнителя на прочностные
характеристики матрицы алмазных буровых коронок.
Методика эксперимента и исходные материалы
В качестве исходного сырья для изготовления спеченных гранул использовали серийную
порошковую смесь ВК6 (СТП 00196144-0727-2004) производства ОАО «Кировградский завод
твердых сплавов». После проведения грануляции полученные гранулы спекали в проходной печи в
среде водорода при температуре 1400 °С.
Объектом исследований выбрали алмазосодержащую матрицу на основе шихты ВК6,
пропитанной медью марки М1, широко используемую в алмазных буровых коронках конструкции
Института сверхтвердых материалов им. В.Н.Бакуля НАН Украины (ИСМ).
Испытание на сжатие проводили на цилиндрических образцах правильной геометрической
формы диаметром 10 мм и высотой 12 мм, изготовленных по стандартной технологии. Все образцы
оснащались синтетическими алмазами марки АС160Т зернистостью 400/315 мкм, взятыми из одной
исходной партии, с относительной их концентрацией 125%.
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
45
Содержание гранул композиционного наполнителя из ВК6 варьировали как по зернистости от
63/40 мкм до 315/250 мкм, так и по содержанию их в объеме образцов от 3% до 15%. В качестве базы
сравнения изготовили аналогичные алмазосодержащие образцы без наполнителя.
Все образцы шлифовали как по образующей, так и по торцевым поверхностям таким образом,
чтобы непараллельность последних и их неперпендикулярность к продольной оси образца не
превышала 0,01 мм. Испытание на сжатие проводили с помощью универсальной испытательной
машины с использованием шкалы с пределом измерения нагрузки 200 кН. Для обеспечения передачи
усилия на образец без деформации передающих опор последние были изготовлены из
мелкозернистого твердого сплава марки ВК3М, который имеет высокие упругие характеристики. Для
уменьшения действия контактных сил трения на опорных поверхностях образца испытания
проводили с использования прокладок из алюминиевой фольги толщиной 0,02 мм.
Результаты исследований и их обсуждение
На рис. 1 приведена зависимость предела прочности при сжатии образцов материала матрицы
на основе шихты ВК6, пропитанной медью марки М1, в зависимости от зернистости спеченных
гранул ВК6.
63/40 80/63 100/80 125/100160/125 200/160 250/200 315/250
960
980
1000
1020
1040
1060
1080
1100
П
ре
де
л
пр
оч
но
ст
и
на
с
жа
ти
е,
М
П
а
Зернистость гранул ВК6, мкм
Рис. 1. Зависимость предела прочности на сжатие алмазосодержащих образцов материала
матрицы буровых коронок на основе шихты ВК6, пропитанной медью, с разной зернистостью
наполнителя - гранул ВК6 при их содержании 6% об.
Как видим на рис.1, в зависимости от зернистости гранул наполнителя ВК6 при их одинаковом
объемном содержании 6% в образцах материала матрицы их предел прочности на сжатие изменяется.
При увеличении зернистости с 63/40 мкм до 250/200 мкм темп снижения предела прочности на сжатие
изменяется в пределах от 0,5% до 1,5%. При дальнейшем повышении зернистости гранул ВК6 с 250/200
мкм до 315/250 мкм темп снижения предела прочности на сжатие составил 6,2%.
На рис.2 приведена зависимость предела прочности при сжатии образцов материала матрицы
на основе шихты ВК6, пропитанной медью марки М1, в зависимости от объёмного содержания
спеченных гранул ВК6 зернистостью 200/160 мкм.
Выпуск 14. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
46
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
970
980
990
1000
1010
1020
1030
1040
1050
П
ре
де
л
пр
оч
но
ст
и
на
с
жа
ти
е,
М
П
а
Содержание гранул ВК6 в материале матрицы, % об.
Рис. 2. Зависимость предела прочности на сжатие алмазосодержащих образцов материала
матрицы буровых коронок на основе шихты ВК6, пропитанной медью, с разным объемным содер-
жанием наполнителя - гранул ВК6 зернистостью 200/160 мкм
Как видим на рис. 2, с ростом содержания гранул наполнителя в объеме образцов до 3% предел их
прочности на сжатие возрастает на 4,5% по сравнению с базовым образцом без наполнителя в своем сос-
таве. Повышение содержания наполнителя до 6% и 9% не вызывает существенного повышения предела
прочности этих образцов.С повышением содержания гранул наполнителя с 9%об. до 12%об. предел про-
чности на сжатие образцов снижается и достигает уровня образцов без наполнителя вв своем составе.
Дальнейшее повышение содержания гранул наполнителя до 15%об. приводит к еще большему уменьше-
нию предела прочности на сжатие. При этом темп его снижения составляет соответственно 4,7% и 6,1%.
Анализ приведенных данных показывает, что зернистость гранул наполнителя из ВК6 в диа-
позоне 63/40 мкм − 250/200 мкм существенно не влияет на изменение предела прочности образцов
материала матрицы на основе шихты ВК6, пропитанной медью. Это свидетельствует о том, что при
оснащении буровых коронок алмазами зернистостью 400/315 мкм зернистость наполнителя должна
быть не более 250/200 мкм, т.е. не более половины размеров зерен используемых алмазов. При этом в
нашем случае оптимальной концентрацией гранул наполнителя в объеме материала матрицы на
основе шихты ВК6, пропитанной медью, можно считать диапазон от 3% до 9%.
Окончательные рекомендации по установлению оптимальной величины насыщения
гранулами композиционного наполнителя алмазосодержащего материала матрицы буровых коронок
для повышения его прочности и износостойкости будут выработаны после проведения
дополнительных исследований процесса изнашивания алмазных буровых коронок при разрушении
горных пород с различными физико-механическими свойствами.
Выводы
1. Результаты проведенных исследований показали возможность регулирования физико-
механических свойств материала матриц буровых коронок на основе шихты ВК6, пропитанной
медью, путем введения в их состав композиционного наполнителя в виде спеченных гранул из
вольфрамо-кобальтового сплава ВК6.
2. Установлено, что с изменением зернистости гранул композиционного наполнителя из
вольфрамо-кобальтовых сплавов и их содержания изменяется предел прочности на сжатие материала
матрицы буровых коронок, что открывает возможность создания материалов, обладающих
качественно новым комплексом эксплуатационных свойств, которые могут заранее проектироваться
под определённую задачу после проведения дополнительных исследований процесса изнашивания
алмазных буровых коронок при разрушении горных пород с различными физико-механическими
свойствами.
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
47
Встановлена можливість регулювання фізіко-механічніх властивостей матеріалу матриць
бурових коронок на основі шихти ВК6, пропі-танной міддю, шляхом введення в їх склад
композиційного наповнювача у вигляді спечених гранул з вольфрамо-кобальтового сплаву ВК6.
Ключовы слова: бурова коронка, матриця, композиційний наповнювач.
The possibility of regulating the physical and mechanical properties of the material matrix drill bits
on the basis of the charge VK6, propyl tannoy copper, by introducing into their composite filler composition
in the form of sintered pellets of tungsten-cobalt alloy VK6.
Key words: drill bit, the matrix, filler composition.
Литература
1. Зыбинский П. В., Богданов Р. К., Закора А. П., Исонкин А. М. Сверхтвердые материалы в
геологоразведочном бурении. −Донецк.: Норд-Пресс, 2007. −244 с.
2. Верещагин В. А., Журавлев В. В. Композиционные алмазосодержащие материалы и
покрытия. – Минск: Навука і тэхніка, 1991. – 208 с.
3. Тучинский Л. И. Композиционные материалы, получаемые методом пропитки. − М.:
Металлургия, 1986. − 208 с.
Поступила 24.06.11
УДК 622.24
О. А. Пащенко, В. Л. Хоменко, кандидаты технических наук
Державний вищий навчальний заклад «Національний грничий університет», м. Дніпропетровськ,
Україна
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ШАГА РЕЗЦОВ
В ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕМ ИНСТРУМЕНТЕ
Приведены расчеты конструктивных параметров резцов породоразрушающего инструмен-
та режущего типа, а также глубины и шага резания которые соответствуют минимальным за-
тратам энергии на разрушение.
Ключевые слова: резание породы, энергоемкость, процесс разрушения.
Породоразрушающий инструмент является исполнительным органом, в процессе бурения
непосредственно взаимодействующим с породой. От его выбора и конструктивных особенностей
зависит эффективность процесса разрушения, а соответственно скорость бурения и величина
проходки. Проектирование породоразрушающего инструмента тесно связано с энергетическими
показателями разрушения горной породы рассмотренными в работе [1].
При работе бурового породоразрушающего инструмента (долот, коронок), величина стружки,
снимаемой каждым отдельным резцом, весьма незначительна по сравнению с расстоянием между
резцами. Однако при расположении резцов в одной плоскости необходимо избегать режима
блокированного резания (рис.1б). Так как разрушение забоя скважины является результатом
совместной работы отдельных рабочих элементов, то сначала необходимо рассмотреть разрушение
горной породы отдельным резцом.
В начальный период, когда внедрение единичного резца происходит в зоне упругости, на
контакте инструмента с горной породой возникает напряжение:
2j
Foc
p
s = (1)
где Fос – осевая нагрузка; j – радиус проекции резца на забой (для круглого резца).
Упругая деформация будет нарастать до тех пор, пока напряжения сжатия и (или) растяжения
не достигнут предела прочности породы, то есть
[ ]pss > (2)
|