專利名稱：鑿巖機(jī)鉆頭和切割鑲件的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及硬質(zhì)合金體鑲件和適用于沖擊巖石鉆的鉆頭。
US-A4598779展示了設(shè)置有多個鏨子形切割鑲件的鑿巖機(jī)鉆頭。每一鑲件具有與切割刃比較銳利地相連接的導(dǎo)面。當(dāng)采用極硬的硬質(zhì)合金時比較銳利的連接是有缺點(diǎn)的。即，在劇烈的巖石鉆孔過程中由于連接處的張力會發(fā)生表層片狀剝落現(xiàn)象，結(jié)果不能獲得直孔。已知鑲件的形狀對于最大磨損體也不是最優(yōu)的。US-A-4607712揭示了一種具有多個切割鑲件的鉆頭。每一鑲件的工作部分具有半球狀基本形狀，在該基本形狀基礎(chǔ)上增加了硬質(zhì)合金的體積。但是以前文獻(xiàn)中的鑲件沒有充分支承于鉆孔壁所以不能得到直孔。另外，工作部分的各個組成部分之間的連接比較陡所以會產(chǎn)生上述對硬質(zhì)合金有害的張力。除此之外，球形基本形狀只具有較小的硬質(zhì)合金體積。
用于巖石鉆孔的硬質(zhì)合金一般含有WC，通常稱為α相，和固溶相(Binder phase)，該固溶相，稱為β相，其由鈷和以固溶體存在的W和C組成的。具有通用分子式M6C(Co3W3C)、M12C(Co6W6C)或K相M4C的無碳或η相、低碳相一般不存在。但在EP-B2-0182759中揭示的硬質(zhì)合金核心為在正常的α+β相結(jié)構(gòu)中摻入細(xì)的和均勻分布的η相，并且環(huán)繞表面層只含有α+β相。另一個條件是，在表面層中能靠近核心的地方，固溶相含量高于固溶相的公稱含量。另外，表面層的最外部的固溶相含量低于公稱值并朝核心方向增大至無η相區(qū)域的最大值。公稱固溶相含量在此處及此后意指固溶相的重量含量。
US-A-5286549中揭示的硬質(zhì)合金體具有WC(α相)和基于Co、Fe和Ni中至少一種的固溶相，并具有含η相硬質(zhì)合金的核心外面包圍一表面層，表面層的外部中固溶相的含量低于公稱值，表面層外部中的固溶相含量基本恒定。根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的硬質(zhì)合金體由于外層平均硬度較高所以具有較高的耐磨性。其它有關(guān)的資料是US-A-5279901和EP-A-92850260.8。類似于EP-B2-0182759中結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金體也可用作US-A-5235879中揭示的沖床或沖型剪切機(jī)材料，或用作EP-A-93850023.8中揭示的輥材料。另外，US-A-5074623中揭示的材料也可以采用。
最近7個發(fā)明(以參考的方式包括在本發(fā)明中)的目的是通過高硬度和在不同的區(qū)域具有不同的固溶相含量產(chǎn)生的壓應(yīng)力來獲得外層區(qū)域的高耐磨性，如果磨損過程中產(chǎn)生的磨損面接近固溶相含量高于公稱值的區(qū)域，則由于硬度較低，其耐磨性明顯減小。尤其在具有裝有鑲件的鉆頭的巖石鉆機(jī)中，這是一個缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的和概述本發(fā)明的目的是避免或減輕以前文獻(xiàn)中的問題。本發(fā)明的一個目的是通過改進(jìn)設(shè)計(jì)以前文獻(xiàn)生產(chǎn)的硬質(zhì)合金體來增加用于巖石鉆孔和礦石鉆孔工具中的硬質(zhì)合金體的耐磨性。通過增大暴露磨損面的鉆頭體積可以增大硬質(zhì)合金體的耐磨性。為了明顯增大耐磨性，處于磨損狀態(tài)的外層的體積必需明顯增大。我們已驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過增大發(fā)生磨損的外層區(qū)域的體積能增大硬質(zhì)合金體的耐磨性，該硬質(zhì)合金體具有低固溶相含量的外層(高硬度/高耐摩磨生)、位于外層和核心之間高固溶相含量的中間層(低硬度/低耐磨性)和含η相的核心。當(dāng)增大機(jī)器運(yùn)行時受磨損的外層區(qū)域的體積至少50％、或許100％或更大時，耐磨性可得到明顯的增大。沖擊鉆頭中的鑲件在與孔壁接觸的區(qū)域和用于破碎巖石的鑲件頂端區(qū)域磨損最嚴(yán)重。為了增大外層中固溶相含量低于公稱固溶相含量的鑲件的耐磨性，外層中與孔壁接觸的區(qū)域和頂端區(qū)域必須增大體積。以前文獻(xiàn)中的鉆機(jī)通常具有頂端為軸對稱結(jié)構(gòu)的鑲件(

圖12左側(cè))。受磨的外層區(qū)域的增大通常導(dǎo)致非軸對稱頂部結(jié)構(gòu)。由于磨損的特性是決定于巖石的性質(zhì)和鉆孔條件的，磨損明顯地發(fā)生在與孔壁相接觸的區(qū)域或破碎巖石的頂部區(qū)域，重要的是重視這個事實(shí)并增大鑲件磨損最嚴(yán)重的外層區(qū)域的體積。
由于最佳結(jié)構(gòu)不會很快破壞，所以可以得到較長的壽命和較高的鉆孔速率。當(dāng)在鉆頭中采用這種材料時本發(fā)明的一個重要特點(diǎn)是具有較高精確性。外層區(qū)域的高耐磨性和受磨損區(qū)域的耐磨材料的體積的增大使鉆孔的直徑誤差更令人滿意。
本發(fā)明的目的通過采用具有所附權(quán)利要求特征的鑲件和巖石鉆頭來實(shí)現(xiàn)。
附圖簡述圖1～5展示了適用于鑲件的磨損集中在靠近壁附近條件下的鑲件。圖1以側(cè)視圖展示了本發(fā)明的鑲件。圖2展示了鑲件的另一側(cè)視圖。圖3以頂視圖展示了鑲件。圖4展示了圖2中鑲件的B向視圖。圖5展示了鑲件沿C線的放大剖面。
圖6～10展示了適用于以下鉆孔條件的鑲件，即鑲件的磨損分布在靠近壁附近區(qū)域和頂部區(qū)域。圖6以側(cè)視圖展示了本發(fā)明的鑲件。圖7展示了鑲件的另一側(cè)視圖。圖8展示了鑲件的頂視圖。圖9展示了圖7中鑲件的B向視圖。圖10展示了沿線C′的鑲件的放大剖面圖。
圖11展示了本發(fā)明鉆頭的透視圖。
圖12展示了鉆孔中帶有彈道形鑲件和本發(fā)明鑲件的鉆頭的簡要側(cè)視圖，部分為剖面。
圖13至18展示了通過兩個切割鑲件的中心軸線的剖面圖。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明圖1展示了本發(fā)明的鑲件的最佳實(shí)施例的放大側(cè)視圖。該鑲件具有直徑為D的普通園柱體部分20，直徑D在4～20mm的范圍內(nèi)，最好為7至18mm。鑲件14的安裝端21最好為截錐形以便裝入鉆頭前表面上的孔中，如圖11所示。該孔最好位于鉆頭前表面和園周表面的交界處。附圖中展示了鑲件的縱向中心軸線A和2個垂直相交的法線N1和N2。線Y定義為工作部分22的基線。該線可以是明晰的或平滑的。
鑲件14的工作部分22分為7個平滑地互相連接并充分地在周向和軸向凸出的部分?！捌交摹被颉捌交亍贝朐~在下文中意指兩個切線形成一個在135°～180°范圍內(nèi)的角度τ，最好為160°～175°(圖5)，在側(cè)視圖中這兩個切線垂直于中心軸線A并分別位于緊靠接合處的一側(cè)。第一部分23大致呈彈道形狀并且基本對稱分布于法線N1的兩側(cè)。第一部分在園周方向分別終止于對稱分布的半徑區(qū)線24和25。在某個軸向剖面C上第一部分的半徑標(biāo)記為R1。彈道形的正確的結(jié)構(gòu)如下在圖2中，第一部分23的參考平面X位于基線Y的下方。第一部分23的凸面通過以園柱體20外表面附近的中心z和半徑R來形成。中心z最好位于園柱體20外表面以外距離I處并在軸向頂點(diǎn)以下h距離處。距離h為距離I的4～8倍但小于半徑R。參考平面X和半徑R形成10°～75°的夾角∈。
從頂視圖看出，每一個半徑界線24和25分別與法線N1形成一個45°～85°的角?？梢赃@樣理解，彈道形凸面的徑向最外側(cè)與園柱體部分20的外表面相連接。
半徑界線24或25表示了第一部分23和第二部分26或27之間的平滑過渡。第二部分26或27除了與第一部分緊密相連的部分以外，基本位于彈道基本形狀(在圖1、2和4中以虛線表示)的外側(cè)。在剖面C中第二部分的半徑R2在于第一部分的半徑R1。第二部分在中心軸線A的前進(jìn)方向上明顯變尖。第二部分26或27朝第一部分23變窄并形成銳角β。
第二部分26或27還與第三部分28或29相連。第三部分位于鑲件的前部徑向偏離軸線A的位置。第三部分為主要在園周方向上切削巖石的峰狀堅(jiān)固鑿刃。在剖面C與第三部分的交點(diǎn)處，第三部分的切線相對于園柱體部分的外表面比第一和第二部分的相應(yīng)切線具有較大的內(nèi)角Φ1。同全然彈道形狀相比，角Φ1的增大導(dǎo)致磨損材料的增加并因而增加鑲件的耐磨性。第三部分由半徑R3來決定，在剖面C中(見圖5)半徑R3小于第一部分的半徑R1以及第二部分的半徑R2。第三部分的寬度基本恒定。
第三部分與第四部分30平滑連接，該第四部分40大體與鉆孔壁相貼合并與鉆孔壁相齊平。第四部分界定了用于在孔壁上滑動的導(dǎo)面。在剖面C中，第四部分的半徑R4明顯大于上述半徑R1和R3中的每一個。剖面C-C上第四部分30的中央切線相對于園柱體20的外表面形成內(nèi)角Φ。此角Φ小于其它部分23～27中任一個相應(yīng)角。
基線Y的第一段與第一部分23相連并與中央軸線A大體垂直?；€Y的第二段與第二部分24或25相連并且相對于第一段至少以銳角δ部分地向上升起?；€Y的第三段與第三部分28或29相連。第三段經(jīng)過整個基線Y的軸向最前點(diǎn)并大致由半徑R6確定。第三段是外凸的?；€Y的第四段與第四部分30相連并由半徑R5大致確定，半徑R5大于半徑R6。第四段是內(nèi)凹的并且其最靠后的點(diǎn)在軸向位于第一段的前面。
第五部分31為園形的頂點(diǎn)，其中部分23、24、25、26和27相會合。第四部分30終止于頂點(diǎn)31的軸向靠后一側(cè)。第三部分28或29的軸向最前端雖然與頂點(diǎn)相連但并不是頂點(diǎn)的一部分。
我們應(yīng)注意到，在基線Y上，上述半徑R1、R2、R3和R4在俯視投影中是相等的，即等于D/2。
在某些采礦條件下，鉆頭鑲件的一側(cè)可能比另一側(cè)磨損嚴(yán)重，因此人們開發(fā)出用于這種條件的鑲件，即鑲件的主體材料相對于法線N1不對稱分布。即，主體位于上風(fēng)向一側(cè)而增加的空隙表面位于法線N1的下風(fēng)向一側(cè)。圖6展示了本發(fā)明鑲件的最佳實(shí)施例的放大側(cè)視圖。鑲件具有直徑為D的大致園柱體部分20′，直徑D在4～20mm范圍內(nèi)且最好為7～18mm。鑲件14′的安裝端21′最好具有截錐形狀以適于裝入鉆頭前表面上的孔中(未示出)。該孔最好位于前表面和外表面的交界處。附圖中展示了鑲件的縱向中心軸線A和2個垂直的法線N1和N2。線Y′定義為工作部件22′的基線。
鑲件14′的工作部分22′分為若干個平滑連接的在園周向和軸向明顯凸出的部分。第一部分23′大致呈彈道形狀并且在法線N1的兩側(cè)不對稱分布。第一部分在園周方向上分別終止于不對稱分布的半徑界線24′和25′。在某個軸向剖面C′中第一部分的半徑標(biāo)示為R1。彈道形狀的正確構(gòu)造上面已有討論。
半徑界線24′和25′表示第一部分23′和第二部分26′和27′之間的平滑過渡。第二部分26′由三個平滑相連的區(qū)域組成。第二部分26′和第一區(qū)域和第二部分27′除了與第一部分緊密相連外大致位于彈道基本形狀(圖6、7和10中虛線所示)的外側(cè)并且在剖面C′上基本互相垂直。在剖面C′中第一區(qū)域26′A和第二部分27′的半徑大于第一部分的半徑R′1并與上述半徑R2具有相同的大小。第一區(qū)域26′A和第二部分27′在中心軸線A的軸向前進(jìn)方向明顯變尖并形成一個角β′，在剖面C′上基本為直角。
第二部分26′的第二區(qū)域26′B在徑向上位于彈道基本形狀的外側(cè)。在剖面C′上第二區(qū)域的半徑R′2B大于第一部分的半徑R′1但小于半徑R2。第二區(qū)域在中心軸線A的前進(jìn)方向明顯變窄。
第二部分26′的第三區(qū)域26′C也在徑向位于彈道基本形狀之外并位于鑲件的法線N1的上風(fēng)向一側(cè)W。在剖面C′上第三區(qū)域的半徑R′2C大于第一部分的半徑R′1。第三區(qū)域在中心軸線A的前進(jìn)方向上明顯變窄。上風(fēng)向側(cè)W是當(dāng)加工巖石材料時鑲件中磨損最嚴(yán)重的一側(cè)。
第三區(qū)域26′C和第二部分27′還分別與第三部分28′和29′相連。第三部分在鑲件14′的前部徑向偏離軸線A處會合。第三部分29′明顯大于28′，且至少大于部分28′2倍。在剖面C′的交叉點(diǎn)上第三部分28′的切線相對于園柱體部分外表面的內(nèi)角Φ′1大于第一部分23′和第三部分29′的相應(yīng)切線的內(nèi)角。角Φ′1使要磨損的材料與整個彈道形狀相比有進(jìn)一步的增加，因而增大了鑲件的耐磨性。形成于法線N1的下風(fēng)向側(cè)L的第三部分29′由半徑R′3來確定，在剖面C′上(見圖10)半徑R′3小于第一部分的半徑R′1和第二部分的半徑R′2。第三部分28′的寬度大致恒定而第三部分29′在軸向前進(jìn)方向明顯變窄。第三部分29′界定了一個堅(jiān)固的峰狀切割刃。
第三部分28′和29平滑地與第四部分30′相連，該第四部分30′適于大體與鉆孔壁相貼合并與鉆孔壁相齊平。第四部分界定了一個用于在壁上滑動的導(dǎo)面。在剖面C′上第四部分的半徑R′4明顯大于上述半徑R′1和R′3中的每一個。在剖面C′上第四部分30′的中央切線相對于園柱體20的外表面形成內(nèi)角Φ′。角Φ′小于其它部分23′～27′的每一個的相應(yīng)角。
與第一部分23′相連的基線Y′的第一段大致與中心軸線A垂直。與部分26′A和27′相連的基線Y′的第二段相對于第一段至少部分地向前進(jìn)方向升起。與第三區(qū)域26′C和第三部分29′相連的基線Y′的第三段經(jīng)過整個基線的軸向最前點(diǎn)。與第三部分29′相連的基線Y′的第三段之一在側(cè)視圖上是凸出的，而與第三區(qū)域26′C相連的第三段之另一部分基本為直線。與第四部分30′相連的基線Y′的第四段由大致與R′1相等的半徑R′5(側(cè)視圖中)來確定。第四段是凹陷的并且其最靠后點(diǎn)在軸向上位于第一段的前面。
第五部分31′為園形頂端，其中部分23′、26′A、26′B、26′C和27′相會合。第四部分30′軸向終止于頂端31′的后端。第三部分28′和29′的軸向最前端雖然與頂端31′相連但它不是頂端的一部分。
應(yīng)注意到，在基線Y′上，頂視圖投影中的上述半徑R′1、R′2B、R′2C、R′3和R′4是相等的，即等于D/2。
在圖11中透視圖所示的實(shí)施例中，改進(jìn)的沖擊型鑿巖機(jī)鉆頭總體標(biāo)記為10并具有鉆頭11、軸12、前端，該前端包括設(shè)置有多個固定硬質(zhì)合金鑲件14或14′的前表面13。鑿巖機(jī)鉆頭10的外表面16為園柱形或截錐形并且在圖11中定義在鉆頭上。外表面在鉆頭體鋼鐵部分的最大直徑處界定。鑲件14、14′裝入鉆頭體中的孔內(nèi)并使其徑向最外表面30、′30′大致與鉆頭的外表面相重合。我們知道，本文中“大致”這個詞指相對于鉆頭外表面16的徑向偏差為-2～+2mm，最好為+0.2～+0.5mm。鑲件14、14′的布置使得鋼性體不會過度磨損，因而孔15的直徑在整個鉆孔操作中大致保持恒定。前表面13可以設(shè)置多個更靠近中心的適當(dāng)形狀的鑲件(未示出)，例如半球形，此后一種鑲件敲碎靠近鉆頭中心線CL的巖石材料。圖12在左側(cè)展示了以前文獻(xiàn)中的鑲件而右側(cè)展示了本發(fā)明的鑲件，其中部分為剖面。具有彈道形工作部分的鑲件的體積比相應(yīng)的半球形工作部件的體積大50％。鑲件14或14′的體積比彈道形狀至少大50％并且與其具有相同的壽命。圖12中外表面16的假想延伸線用虛線表示以說明兩種鑲件體積上的區(qū)別。
為了應(yīng)付鉆孔過程中產(chǎn)生的強(qiáng)的拉應(yīng)力，最好采用上面討論的7個專利文件中揭示的特殊類型的硬質(zhì)合金。所以這些出版物以參考的方式包括在本發(fā)明之中。
現(xiàn)參見圖13至18，切割鑲件14、14′的硬質(zhì)合金包括幾個區(qū)域H、I和K。相鄰區(qū)域的邊界50、51和50′、51′分別表示其界線，該界線在至少一個剖面?zhèn)纫晥D上相對于中心軸線A是不對稱的。在剖面頂視圖中，界線相對于與中心軸線相垂直的至少一個法線N2是不對稱的。鑲件具有含η相的硬質(zhì)合金核心H。核心H由不含η相的硬質(zhì)合金中間層I圍繞，并且中間層I具有較高含量的鈷。表面層K由不含η相的硬質(zhì)合金構(gòu)成并具有較低含量的鈷。表面層的厚度是中間層厚度的0.8～4倍，最好為1～3倍。界線50、50′和51，51′最好分別為等距。
核心和富鈷的中間層相對于表面層具有較高的熱膨脹能力。這意味著，表面層將承受較高的壓應(yīng)力。熱膨脹率相差越大，即表面層和切割鑲件的其它部分之間含鈷量差別越大。則表面層中的壓應(yīng)力越大。表面層中固溶相的含量是切割鑲件14或14′中固溶相公稱含量的0.1～0.9倍，最好為0.2～0.7倍。中間層16中粘結(jié)全相含量是切割鑲件14或14′中固溶相公稱含量的1.2～3倍，最好為1.4～2.5倍。
鑲件14或14′可由EP-A-0182759中揭示的硬質(zhì)合金來制成，其中硬質(zhì)合金體具有核心H，核心H通過在正常的α+β相結(jié)構(gòu)I中埋入細(xì)的和均勻分布的η相來制成，而環(huán)繞表面區(qū)域K只具有α+β相。另一條件是，表面層中靠近核心的內(nèi)側(cè)部分中，固溶相的含量高于固溶相的公稱含量。另外，表面層最靠外部分的固溶相含量低于公稱值并且朝核心方向的無η相區(qū)域固溶相含量增加至最大值。
此外，鑲件14或14′可用US-A-5286549中揭示的硬質(zhì)合金來制成，其中揭示的硬質(zhì)合金體具有WC(α相)和基于Co、Fe和Ni中至少一種的固溶相并具有含η相硬質(zhì)合金的核心，該核心被表面層所圍繞，該表面層外部固溶相含量低于公稱值，表面層外部中的固溶相含量大致恒定。
從上面的敘述中我們可以得知，切割鑲件的較高的公稱鈷含量使表面層中具有較高的壓應(yīng)力。例1用45mm鑿巖機(jī)鉆頭在挪威(隧道工程)進(jìn)行了試驗(yàn)。鉆頭具有直徑為11mm的5個周向鑲件和直徑為8mm的兩個前鑲件。所有變型的前鑲件均由傳統(tǒng)硬質(zhì)合金制成并具有半球形頂?shù)南嗤Y(jié)構(gòu)。
變型1是鑲件具有球形頂?shù)膫鹘y(tǒng)鉆頭。鑲件由傳統(tǒng)硬質(zhì)合金制成(重量6％Co、硬度1460HV3)。
變型2是鑲件具有球形頂?shù)膫鹘y(tǒng)鉆頭。鑲件具有低鈷含量的外層(重量3％Co、硬度1620HV3)、高鈷含量的中間層(重量11％Co、硬度1240HV3)和含有重量6％Co及一些η相的核心(硬度1550HV3)。
變型3是具有本發(fā)明鑲件的鉆頭(圖1～4)，并具有同變型2相同的鈷分布和性質(zhì)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)鉆機(jī)Atlas Copco Promec TH 506S鉆進(jìn)壓力110bar沖擊壓力215bar轉(zhuǎn)速120rpm孔深4.3m水沖刷11bar巖石片麻巖鉆頭數(shù)每一變型6個試驗(yàn)結(jié)果所有鉆頭沒有再次研磨并按用戶的要求施鉆。
變型 鉆完m鉆孔速率直徑磨損 指數(shù)(m/min) (鉆m/mm)1 2561.4 90 1002 3221.6 120 1263 3982.1 164 155*鉆完m(米)數(shù)的指數(shù)變型3除具有極好的壽命外，由于其很高的直徑耐磨性，還具有極小的孔直徑偏差。變型3的高鉆孔速率對于鉆孔經(jīng)濟(jì)性是很重要的。例2本實(shí)驗(yàn)的目的是完成一個孔，60m深而不需重新銳化?，F(xiàn)今標(biāo)準(zhǔn)的鉆頭在使用鉆深24m以后由于鉆孔速率慢及鉆頭破碎的危險需要銳化。抽出鉆桿、更換鉆頭及繼續(xù)施鉆的停工時間大約為1小時。在該礦中每個班的有效工作時間只有6小時，所以極需好的鉆頭。試驗(yàn)數(shù)據(jù)鉆機(jī)XL5.5沖擊鉆機(jī)，空氣壓力25bar，礦空氣和增壓壓縮機(jī)280bar巖石非常硬和耐磨，大約80％硅、8％二硫化鐵鉆孔尺寸直徑115mm、孔深65m轉(zhuǎn)速40rpm鉆頭數(shù)每一變型4個鉆頭直徑115mm、2個沖洗孔、園周上8個鑲件(直徑16mm)、前面6個鑲件(14mm)。變型
A具有球形頂?shù)蔫偧Ｋ需偧蓚鹘y(tǒng)硬質(zhì)合金制成。
B彈道形鑲件。所有鑲件具有低鈷含量(重量3％Co、硬度1650HV3)的外層、高鈷含量(重量10.5％Co、硬度1260HV3)的中間層和含鈷重量6％的核心(硬度1570HV3)。所有其它鑲件由傳統(tǒng)硬質(zhì)合金制成(重量6％鈷、硬度1450HV3)。
C前面上為彈道形鑲件，周圍為本發(fā)明的鑲件(圖6～9)。所有鑲件由變型B所述硬質(zhì)合金制成。試驗(yàn)結(jié)果所有鉆頭進(jìn)行了試驗(yàn)而沒有再次研磨。
變型鉆完m 鉆孔速率 鉆完m(米)的指數(shù)m/minA28 0.3 100B46 0.35164C62*0.45221*孔的長度變型B的性能比A有改進(jìn)但還不夠。只有采用變型C才可能鉆完一個完整的孔。
應(yīng)指出的是，含η相硬質(zhì)合金的核心部分是剛性的、堅(jiān)硬的和耐磨的。核心H與不含η相而具有高的鈷含量的中間層以及不含η相而承受高的壓應(yīng)力的表面層相結(jié)合構(gòu)成切割鑲件14或14′，該鑲件滿足了上述的用于硬巖石鉆孔的要求，即該鑲件具有較高的耐磨性，尤其與本發(fā)明的切割鑲件相結(jié)合時是如此。核心H中固溶相含量為4～9％，最好為大約6％；中間層中固溶相的含量為9.5～20％，最好為大約10～11％而表面層K中固溶相含量為0.5～3.9％，最好為大約3％。
在這方面需要指出的是，上述本發(fā)明并不局限于最佳實(shí)施例而可以在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)自由地改變。例如，當(dāng)要鉆的巖石極其堅(jiān)硬時(例如裂的和疊層磁鐵礦+石英巖)必需減小頂點(diǎn)和基線Y、Y′之間的高度進(jìn)而增加工作部件22、22′的平均厚度并增加耐磨性。這種修改將使彈道形表面23、23′呈現(xiàn)大致球形。
權(quán)利要求
1.適用于沖擊鉆機(jī)的硬質(zhì)合金切割鑲件，該鑲件具有大致園柱狀的安裝部分(20；20′)和外露部分(22；22′)，它們設(shè)置于鉆頭(10)的前端(13)，所述外露部分包括從所述安裝部分向所述鑲件前端伸展的比較平的表面(30；30′)，所述安裝部分具有中心軸線(A)，所述安裝部分具有半徑(D/2)，其特征為，硬質(zhì)合金包括多個區(qū)域(H、I、K)，并且在至少一個剖面?zhèn)纫晥D上相對于中心軸線(A)，兩個相鄰區(qū)域的邊界(50、51、50′、51′)為非對稱曲線，并且在剖面頂視圖上，邊界相對于垂直于中心軸線的至少一個軸線(N2)是不對稱的。
2.如權(quán)利要求1的切割鑲件，其特征為，外露部分(14、14′)具有凸出彎曲的基本形狀，最好為彈道形基本形狀，外露部分的主要部分在徑向上伸出基本形狀之外，并且比較平的表面與所述外露部分的其它組成部分(28、29、28′、29′)平滑連接。
3.如權(quán)利要求1或2的切割鑲件，其特征為，外露部分(22；22′)具有彈道基本形狀，并且比較平的表面(30；30′)的半徑(R4；R′4)大于安裝部分(20；20′)的半徑(D/2)，并且比較平的表面(30；30′)與至少一個峰狀切割刃(28、29、28′)在周向相連接。
4.如權(quán)利要求1、2或3的切割鑲件，其特征為，安裝部分(20；20′)和外露部分(22；22′)的接合形成基線(Y；Y′)，該基線從側(cè)視圖看去在比較平的表面(30；30′)處是凹陷的因而確定了一個軸向最靠后點(diǎn)，并且所述最靠后點(diǎn)軸向位于凸出曲線基本形狀處基線的前面并位于基線的軸向最前端部分的后面。
5.如以上權(quán)利要求中任何一個的切割鑲件，其特征為，鑲件的核心(H)為在正常的α+β相中精細(xì)而均勻地分布η相的結(jié)構(gòu)，并且其環(huán)繞表面層(K)只具有α+β相，并且在表面層中靠近核心的靠內(nèi)部分(I)中固溶相含量高于固溶相的公稱含量，并且表面層中靠外部分中的固溶相含量低于公稱值并朝核心方向增大至無η相區(qū)域中的最大值。
6.如權(quán)利要求1至4中任何一個的切割鑲件，其特征為，鑲件具有WC(α相)和基于Co、Fe和Ni中至少一種的固溶相，并且具有含η相硬質(zhì)合金的核心(H)，核心外包圍表面層區(qū)域(I)，該表面層區(qū)域的外側(cè)部分(K)的固溶相含量高于公稱值，表面層外側(cè)部分中的固溶相含量基本恒定。
7.沖擊型鉆頭，該鉆頭具有軸(12)位于所述軸的前端并定義第一縱軸線(CL)的鉆頭(11)，所述鉆頭具有大致面向前方并包括前表面(13)的前端、大致縱向伸展并確定了所述鉆頭外園周的外表面(16)和形成所述前端上的多個孔，所述孔分別具有大致圓柱基本形狀并裝備硬質(zhì)合金切割鑲件(14；14′)，每一鑲件具有中心軸線為A的大致園柱形安裝部分(20；20′)和伸出所述孔之外的露部分(22；22′)，其特征為，硬質(zhì)合金包括多個區(qū)域(H、I、K)，并且在至少一個剖面?zhèn)纫晥D上相對于中心軸線(A)，兩個相鄰區(qū)域的邊界(50、51、50′、51′)為非對稱曲線，并且在剖面頂視圖上，邊界相對于垂直于中心軸線的至少一個軸線(N2)是不對稱的。
8.如權(quán)利要求7的鑿巖機(jī)鉆頭，其特征為，外露部分(14；14′)具有凸出彎曲的基本形狀，最好為彈道形基本形狀，外露部分的主要部分在徑向上伸出基本形狀之外，并且比較平的表面與所述外露部分的其它組成部分(28、29、28′、29′)平滑連接。
9.如權(quán)利要求7或8的鑿巖機(jī)鉆頭，其特征為，外露部分(22；22′)具有彈道基本形狀，并且比較平的表面(30；30′)的半徑(R4；R′4)大于安裝部分(20；20′)的半徑(D/2)，并且比較平的表面(30；30′)與至少一個峰狀切割刃(28、29、28′)在周向相連接。
10.如權(quán)利要求7至9的鑿巖機(jī)鉆頭，其特征為，鑲件的核心(H)為在正常的α+β相中精細(xì)而均勻地分布η相的結(jié)構(gòu)，并且其環(huán)繞表面層(K)只具有α+β相，在表面層的靠近核心的靠內(nèi)部分(I)中固溶相含量高于粘相的公稱含量，并且表面中靠外部分中的固溶相含量低于公稱值并朝核心方向增大至無η相區(qū)域中的最大值。
11.如權(quán)利要求7至10的任何一個的鑿巖機(jī)鉆頭，其特征為，鑲件具有WC(α相)和基于Co、Fe和Ni中至少一種的固溶相，并且具有含η相硬質(zhì)合金的核心(H)，核心外包圍表面層區(qū)域(I)，該表層區(qū)域的外側(cè)部分(K)的固溶相含量高于公稱值，表面層外側(cè)部分中的固溶相含量基本恒定。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于鑿巖機(jī)鉆頭的切割鑲件和包括這種切割鑲件的鉆頭。其目的是增大硬質(zhì)合金切割鑲件的耐磨性。該鑲件由大致圓柱狀部分和凸出或形的外露部分構(gòu)成。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，鑲件的硬質(zhì)合金包括多個區(qū)域并且兩個相鄰的區(qū)域間的界線在剖面?zhèn)纫晥D和剖面頂視圖上看去為非對稱曲線。在另一實(shí)施例中，在鑲件最承受磨損的區(qū)域增大了其體積。
文檔編號E21B10/567GK1159846SQ9519543
公開日1997年9月17日 申請日期1995年10月4日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月12日
發(fā)明者烏多·菲舍爾, 托爾比約恩·哈策爾, 考科·凱爾基 申請人:桑德維克公司