F10超粗晶粒凿岩硬质合金的应用

凿岩用硬质合金的工作环境恶劣，工作对象岩层的状况复杂多变，因此其损坏和失效的方式也不一样，研究发现凿岩时合金发生失效有下述几种主要形式：冲击疲劳、磨粒磨损和热疲劳。对于硬岩层来说，磨粒磨损程度相对低一些，比如花岗岩（采用冲击式或旋转冲击式钻机），合金失效主要由冲击和冲击疲劳导致。合金的抗压强度和抗弯强度可直接与合金抗冲击疲劳性能相关；此外，还与合金纯净度、WC晶粒度和Co相平均自由程相关。进一步讲，合金的抗冲击疲劳性能直接与冲击能量相关。 

对于中硬岩层，比如石英岩（采用冲击式钻机），磨粒磨损占主导地位。磨粒磨损一般由两方面组成：磨粒和合金接触点上的微裂纹、Co相的提前损耗。前者主要发生在硬脆合金上，而且磨粒有高的断裂强度时；后者主要发生在更多Co含量的较软合金上，且此时的磨粒非常易碎。是厦门金鹭特种合金有限公司生产的GF20D牌号钻齿镶在潜孔钻上打石英岩约500米深后磨损面的扫描电镜照片。GF20D牌号是由含94%的晶粒尺寸为2-3um WC和6%的Co组成，其硬度为HV30：1430。可以看到Co相的提前磨损和WC相的破裂与剥落，是一种典型的磨粒磨损。 

对于软岩层来说，比如砂岩，合金失效主要热疲劳失效占主导，同时伴随有磨粒磨损。而对于超软岩层来说，比如方解石岩层和石灰石岩层，合金失效主要由热疲劳导致。裂纹的扩展和Co相的提前损耗将会直接影响钻齿的寿命。尤其在凿进磁铁矿时，合金齿上的热疲劳裂纹或称为爬行裂纹占了主导性位置。是硬质合金钻齿钻磁铁矿时形成的典型的高低起伏的龟裂形貌 。是硬质合金钻齿在磁铁矿上钻了约5m的传统抛光横截面扫描电镜照片，硬质合金钻齿牌号由含94%的晶粒尺寸为5um WC和6%的Co组成，其硬度为1230HV 。从照片上可以看出合金表面产生的热疲劳裂纹已向合金内部扩展。

F10超粗晶粒凿岩硬质合金的应用