硬質合金球齒失效的改進途徑

硬質合金球齒具有高硬度、高強度、高耐磨性以及良好的化學穩定性，因而在一些石油鑽井、鑽孔、礦產採掘行業中有著較為廣泛的運用。而在這些較為複雜嚴苛的的工作環境中，硬質合金球齒經常會遇到較為堅硬的岩層需要承受較高的拉（壓）應力、剪切應力以及衝擊載荷，有時還會遇到溫度偏高或偏低的情況，這就會使得球齒發生失效。其中引起硬質合金球齒失效的最主要因素是在合金內部存在一定的斷裂源，導致缺陷的存在。常見的硬質合金球齒失效形式如下表所示：

而相應的改進途徑包括選取與合金晶粒度相近的WC粉末、選取粒度分佈均勻的WC粉、控制球磨所用的合金球晶粒度以及控制合金兩相區。通常用於石油鑽井的硬質合金球齒的合金晶粒度在2.0-2.4μm，通過增加球磨時間將WC粉研磨至所需粒度。但是球磨時間不宜過長，否則會導致原料裏部分WC粉被研磨得過細，WC晶內發生畸變、位錯等，從而使WC的表面能升高。此外，硬質合金的燒結過程本質上就是WC晶粒在液相Co中的溶解與析出，而溶解的WC又不斷析出在並未熔的低能WC上沉積而長大。因此，選用研磨態相近的WC粉在常規的球磨時間下才能保證粒度達到要求。

除了控制WC粉研磨態相近之外，WC粒度的分佈對合金晶粒度的均勻性也存在十分重要的影響。若WC粉末粒度分佈較寬，也就是粒度差異較大，經過研磨後WC粒度的差異也將變得越來越大，其表面能差異也相應增大。在燒結過程中溶解與析出的反應更為顯著，WC晶粒越容易長大，從而形成晶粒度不均勻的合金。換句話說，硬質合金球齒的晶粒度均勻性取決於WC粉的粒度分佈。因此在配料的過程中不僅要注意WC粉的粒度值，還不能夠忽略了粒度分佈，檢測的方式可採用銅滲工藝。

原料中WC粉的粒度與分佈情況是影響硬質合金球齒晶粒度與分佈的原因之一，而球磨工藝以及其所使用的相關工具也會對球齒的最終晶粒度產生一定的影響。在球磨工藝中，球料比、球磨時間、合金球形狀及品質都是關鍵的影響因素。在球磨的過程中，合金球會越磨越小，這也說明了其被磨掉的部分也進入了原料裏。這也就意味著應選用與合金晶粒度相近的原料來製備合金球才能保證混合料的粒度與均勻性。

控制合金的兩相區指的是相同和合金晶粒度、相同的Co含量，需通過調整合金的碳含量，使其處於兩相區之間。通過對碳總量與游離碳量的確認做到較為精確的控碳，使之不發生滲碳和脫碳的現象。這就需要注意到成型劑的選擇、脫脂燒結工藝的選擇以及存放時儘量避免與空氣發生直接接觸以防氧化，必要時可通入氮氣進行保護。

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