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《礦業(yè)裝備雜志》2014年第八期

1.鉆頭本體材料的選擇

惡劣的工作環(huán)境對鉆頭本體的硬度、強度、韌性、抗沖擊性、耐磨性、抗疲勞性等都提出了較高要求，綜合考慮各部分的性能要求，可以認為鉆頭本體整體材料選擇需要滿足以下幾個方面的要求：（1）表面硬度較高以增強耐磨性，心部韌性較好以增強抗沖擊能力，為避免出現(xiàn)脆性斷裂和疲勞斷裂，材料需要有良好的斷裂韌性、疲勞強度和斷裂強度；（2）具有高淬透性。以滿足本體各部分對性能的不同要求，有利于提高表面屈服強度，改善齒孔對合金齒的固緊力，而且還可提高心部的屈服強度和韌性；（3）在遇到井下巖層氣液時能抗一定腐蝕；（4）一定高溫下，材料硬度穩(wěn)定不易軟化；（5）工藝性能好，如良好的鍛造性、熱處理后殘余應(yīng)力較小等；（6）冶金質(zhì)量高，組織均勻性好，雜質(zhì)少，尤其是磷的含量要低，碳化物均勻。因此，在滿足以上要求，加工性能好，材料成本低，材料選用42CrMo較為合適。鉆頭沖擊端面失效形式以沖擊疲勞為主。可考慮通過以下方法提高其使用壽命：（1）降低表面粗糙度，提高接觸精度，以降低沖擊時局部應(yīng)力集中和減小應(yīng)力峰；（2）合理匹配活塞與沖擊端面的硬度關(guān)系。應(yīng)優(yōu)先考慮活塞的使用壽命改善，改變更換鉆頭同時也需要更換活塞的現(xiàn)狀；（3）表面處理，如噴丸或滾壓，可以有效地提高疲勞強度和疲勞壽命。

2.花鍵的設(shè)計

（1）嚴格按照設(shè)計要求進行加工，保證花鍵適當?shù)呐浜祥g隙和均勻性；（2）表面滲碳淬火，以提高表層硬度，達到抗塑性變形和沖擊疲勞能力；（3）降低表面粗糙度，提高接觸精度；（4）增大花鍵斷面面積可以提高鉆頭強度。

3.鉆頭合金柱的選擇

為了提高鉆頭的使用壽命，應(yīng)該根據(jù)以下三個要求來具體選擇硬質(zhì)合金牌號：（1）根據(jù)鉆孔技術(shù)參數(shù)。對高頻小沖擊功鉆進多采用硬質(zhì)鉬含量高的合金，而對低頻大沖擊功鉆進則要求韌性要好，多采用粘結(jié)鉬含量較高的合金；（2）根據(jù)不同巖層的巖性。對一般巖層選擇含鈷量較低的硬質(zhì)合金以增強耐磨性和沖擊效果，對堅硬巖層選擇含鈷量較高的硬質(zhì)合金以提高沖擊韌性，避免脆斷等現(xiàn)象；（3）根據(jù)不同位置的合金柱工作特征選擇。由于邊緣合金柱和中間合金柱受力不同，邊緣合金柱含鈷量較低，以增強耐磨性;中間邊緣合金柱含鈷量較高，以提高抗沖擊能力。不同牌號的合金柱搭配使用，可以在滿足使用要求的同時降低硬質(zhì)合金的相對消耗量，從而降低了成本。與普通硬質(zhì)合金性能相比，超細晶粒的硬質(zhì)合金和納米復(fù)合材料不僅硬度高、耐磨性好，而且還具有更高的強度和韌性。

作者：吳云發(fā)單位：本溪北方機械重汽有限責任公司