稀土氧化钇对金刚石钻头胎体性能的影响

论文摘要

随着金刚石钻头在地质钻探中的广泛应用,钻进工作对钻头的要求也随之变得越来越高,其中钻头的钻进效率和使用寿命是评价钻头性能的重要指标。钻头胎体是包镶金刚石、影响钻头性能的重要组成部分。因此钻头胎体材料的优化设计对提高金刚石钻头的性能有着重要意义。为了提高钻头的钻进效率和使用寿命,本文选择在胎体中添加氧化钇,通过烧结不同胎体配方的试样,测试各试样的硬度、冲击韧性以及抗弯强度,并通过扫描电镜观察试样的断口形貌,研究氧化钇对胎体各项性能的影响,以及氧化钇改善胎体性能的作用机制。最后通过微钻实验验证添加氧化钇的新型金刚石钻头在实际工作中的可行性。通过对不同添加量的胎体试样进行了室内实验,发现添加适量的氧化钇能明显提高胎体的力学性能。与未添加氧化钇的胎体材料相比,添加0.8%稀土氧化钇时,其抗冲击韧性提高了约90%,抗弯强度提高了16%,硬度提高了15%以上,此时胎体性能达到最佳效果,原因是氧化钇的添加能通过弥散强化以及细化晶粒等作用改善胎体内部结构,使胎体更加致密化,从而提高了胎体性能。另外通过扫描电镜观察金刚石复合材料的断口形貌发现,添加0.8%氧化钇能改善胎体与金刚石之间的粘结性与润湿性,提高胎体对金刚石的包镶能力。但氧化钇的添加不能降低胎体的烧结温度,最佳烧结温度与未添加氧化钇胎体的烧结温度一样,仍为830℃。通过微钻实验,进一步得出添加氧化钇的新型金刚石钻头具有更好的钻进效果,其使用寿命也有明显提高,是未添加氧化钇的金刚石钻头的2倍左右。证明了添加氧化钇的金刚石钻头在实际钻探工作中的可行性。

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摘要

Abstract

1 绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 金刚石钻头研究现状

1.2.1 金刚石钻头结构的研究现状

1.2.2 金刚石钻头胎体的研究现状

1.3 氧化钇应用的研究现状

1.3.1 氧化钇在陶瓷材料中的应用

1.3.2 氧化钇在发光材料中的应用

1.3.3 氧化钇在合金材料中的应用

1.4 研究目的与研究意义

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究意义

1.5 研究内容与科学问题

1.6 技术路线与研究方案

2 氧化钇对胎体性能影响的实验方法

2.1 实验设备

2.2 试样制备

2.3 实验方法

2.3.1 胎体抗弯强度

2.3.2 胎体抗冲击韧性

2.3.3 胎体洛氏硬度

2.3.4 金相组织断口形貌分析

2.4 微钻试验

2.4.1 微钻试验设备与材料

2.4.2 微钻试验方法

3 胎体成分的混料预处理工艺

3.1 钻头胎体的组成成分

3.1.1 胎体材料

3.1.2 金刚石的选择

3.2 胎体配方的混料预处理工艺优选

3.2.1 混料方法

3.2.2 混料时间对胎体性能的影响

3.2.3 混料球料比对胎体性能的影响

3.2.4 混料预处理工艺优选结论

3.3 本章小结

4 氧化钇对胎体性能的影响

4.1 氧化钇在钻头胎体中的作用机理

4.1.1 氧化钇对显微结构的影响

4.1.2 氧化钇对胎体强度和硬度的影响

4.1.3 氧化钇对胎体包镶金刚石能力的影响

4.1.4 氧化钇对胎体耐磨性和韧性的影响

4.1.5 氧化钇对烧结的影响

4.2 氧化钇对胎体力学性能测试

4.2.1 胎体的洛氏硬度测试

4.2.2 胎体的抗冲击韧性测试

4.2.3 胎体的抗弯强度测试

4.2.4 氧化钇的添加量优选

4.3 添加氧化钇对胎体烧结温度的影响

4.4 稀土氧化钇对胎体-金刚石复合材料的影响

4.5 本章小结

5 微钻试验

5.1 试验过程

5.1.1 钻头制备

5.1.2 钻进试验过程

5.2 试验结果分析

5.2.1 微钻试验数据分析

5.2.2 钻头磨损形貌分析

5.3 试验结论

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 叶纪超

导师: 杨甘生,沈立娜

关键词: 氧化钇,金刚石钻头,胎体性能

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,石油天然气工业,矿业工程

单位: 中国地质大学(北京)

分类号: P634.41

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.001497

总页数: 67

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