硬質合金潛孔鑽球齒破岩機理

潛孔鑽頭是目前一些掘進、破岩工作中運用最為廣泛的一種高性能作業工具，其適用於鑽進中硬、堅硬以及研磨性岩層，依靠較高的衝擊功產生較大衝擊能量對岩石進行破碎。其具有眾多優勢，如高鑽進效率、高衝擊功、伴有剪切破碎、使用壽命較長，其最大的特點在於以氣流作為驅動力，有足夠的風量能將岩屑帶出孔底，從而保證了鑽進的效率，降低了球齒的磨損。而對於硬質合金球齒的選擇就顯得至關重要了，要根據潛孔鑽頭的直徑大小以及所受的衝擊功等方面進行考量，球齒的個數以及放置的位置決定了是否能夠合理分擔潛孔鑽頭所受的衝擊功。

從理論上說，硬質合金潛孔鑽球齒所採用的是衝擊回轉的破岩方法，衝擊時間很短，球齒在與岩石接觸的瞬間產生巨大的衝擊力，脆性的岩石內部產生應力集中，在衝擊力的作用下極容易產生體積破碎，因而潛孔鑽頭的鑿岩效率高。再者，硬質合金潛孔鑽頭球齒在衝擊岩石的同時還對岩石進行回轉切削，而鑽頭對球齒的軸向壓力明顯小於單純的回轉切削鑽頭，對球齒的磨損也減小了許多，從而提高了硬質合金潛孔鑽頭球齒的耐磨性及抗磨削性，延長了使用壽命。

對硬質合金潛孔鑽球齒的破岩過程進行分階段研究，可總結歸納出如下幾個階段：

階段一：裂紋產生，在這一階段硬質合金球齒與岩石表面剛剛接觸，傳遞到岩石接觸面上的應力作用還沒有完全釋放，在接觸面上發生脆性破壞，此時伴有微裂紋的產生；

階段二：隨著應力的不斷增加，硬質合金球齒所接觸的岩石也發生了塑性變形，形成一定的破碎區域；

階段三：在已粉碎的區域的邊界上會產生拉應力裂紋，並逐漸發展成為初始裂紋，該裂紋會隨著應力的增大而進一步擴展；

階段四：隨著應力的增加，在初始裂紋的兩側形成相應的拉應力並產生張裂紋，呈斜下方擴展；

階段五：裂紋不斷擴展形成漏斗形，並相應產生躍進式的破壞。

此外，除了對硬質合金潛孔鑽球齒破岩機理的研究，需要我們注意還有硬質合金球齒雖然具有較高的硬度以及抗衝擊性能，但是其脆性較高且耐磨性較低，其失效形式主要是磨損，包括磨粒磨損、表面疲勞磨損以及黏著磨損。其主要是因為在掘進的過程中，由於球齒與岩層發生高速的碰撞而產生的高溫會使得硬質合金的硬度有所下降而破碎的石英顆粒卻會發生由軟質相向硬質相的轉變。這也對硬質合金球齒提出了更高的要求，其可以通過加入一定的元素或者在球齒端面塗覆一層高性能材料來改善硬質合金球齒的耐磨性。

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