1。6 本课题研究的意义及内容 10

第二章 试验材料和试验方法 11

2。1 实验材料及设备 11

2。1。1 试验材料 11

2。1。2 试验设备 12

2。2 钎焊试验方案 12

2。2。1 钎焊材料的加工及接头设计 12

2。2。2 钎焊参数设定 13

2。3 试验步骤 15

2。3。1 钎焊前处理 15

2。3。2 真空钎焊操作 15

2。3。3 接头处理及力学性能测试 16

第三章 实验结果与分析 18

3。1 真空钎焊后接头的组织和性能 18

3。1。1 抗弯强度 18

3。1。2 金相组织分析 19

3。1。3 SEM 形貌及元素分布 20

3。2 接头完整性分析 23

3。2。1 接头外观观察 23

3。2。2 本章小结 23

结 论 25

致 谢 26

参 考 文 献 27

第一章 绪论

1。1 研究背景

钻头作为油气钻井、地质勘探、公路养护作业中最重要的工具, 其工作性能直接 影响硬化层作业的质量成本和效率。经过近些年的发展，虽然国内钻头刀具取得了一 定的发展。但相对国外钻头刀具的使用性能，仍有很大的提高空间。多数情况下国内 钻头刀具通常在没有达到因硬质合金自身因素所决定的使用寿命时，就因破损、脱落、 断裂等失效方式而报废，造成很大的资源浪费及经济成本。对于绝大多数易磨损工件， 其工作面只存在于部分表面上，如果将这些易磨损工件制作成工作区为硬度高、耐磨 性好的硬质层，而其余部分为强度较高、有一定韧性的抗冲击区，两者有效结合时， 这种复合的构件就获得既有表面高耐磨性能，又有芯部高强硬度、抗弯曲的优良性能。 PDC 复合片作为一种具有良好的耐磨性及高强硬度材料，是当下钻头刀具的理想材 料。通常 PDC 复合片可通过钎焊焊接在硬质合金基体上作为刀具使用。但是硬质合 金多采用高温钎焊工艺（1000℃左右），与此相反 PDC 复合片却要求采用低温钎焊 工艺，否则 PDC 复合片将造成一定热损伤而失去其优异的性能，达不到预期效果[1]。 使用低温钎焊，又会造成接头强度不高，加工中易出现脱焊等现象。可以说，PDC 复合片钎焊工艺成为制约 PDC 类刀具应用的瓶颈。本课题主要探究通过提高钎焊真 空度，在适当提高钎焊温度，选择合适的钎料及最佳的钎焊工艺路线，以实现硬质合 金与 PDC 复合片有效焊接，满足复杂工况下 PDC 的苛刻要求，最大化的降低 PDC 的热损伤及脱焊问题，获得优良性能的焊接件。

1。2 PDC 发展及应用

1。2。1 PDC 的概念

PDC 刀具是将 PDC 复合片钎焊在硬质合金基体上预定位置而形成具有一定形 状，性能和用途的制品，它是通过一层聚晶金刚石和硬质合金基片热压而成的。自 20 世纪 70 年代末 80 年代以来。由于其具有自锐作用、切削效率高、机械钻速高、 使用寿命长、适用性强、经济效益好等优点，在石油工业中应用越来越广泛。再者其 既有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，是 制造各种耐磨，耐腐蚀，表面硬度要求高刀具的理想材料之选[2]。随着经济发展的绿 色环保发展趋势下，PDC 刀头的制造使用范围使用也越来越广泛，在机械刀具类工 具中扮演着越来越重要的角色，同时也成为科学研究的热门方向。