硬質合金潛孔鑽球齒——失效形式

硬質合金球齒雖然具有較高的硬度以及抗衝擊性能，但是其本身的脆性較高且耐磨性較差。在掘進的過程中，由於球齒與岩層發生高速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在這樣的溫度下發生軟質相向硬質相的轉變。因而就會造成硬質合金潛孔鑽球齒的工作失效，是整體的掘進效率下降。硬質合金潛孔鑽球齒的主要失效形式包括磨損（磨粒磨損、表面疲勞磨損、黏著磨損）、斷齒、掉齒以及碎齒等，接下來我們將逐一探討幾種失效形式。

一、磨損：這是硬質合金潛孔鑽球齒失效形式中最為常見的，其還可細分為磨粒磨損、表面疲勞磨損以及黏著磨損。這是由於潛孔鑽的工作環境較為嚴苛，常常是在地下、井下作業，而潛孔鑽頭球齒除了在衝擊和旋轉切削破碎岩石與岩層發生磨損外，鑽頭所產生的氣流寫到的岩屑也會磨損球齒，尤其是在一些高風壓潛孔鑽頭中。硬質合金潛孔鑽頭球齒由內而外可分為中齒和邊齒，中齒主要用於破碎岩層，而邊齒既參與岩層的破碎，還有另一個重要作用就是保護鑽頭，以防止周圍岩石對鑽頭本身產生磨損。由於潛孔鑽頭在回轉切削岩石時邊齒靠外沿所以線速度較大，也最先發生磨損，因此一般來說邊齒的尺寸大於中齒尺寸，但其磨損速度相較于中齒高。另外，邊齒失效後失去了原本對潛孔鑽頭的保徑作用，鑽頭本身也就開始發生磨損，這也說明了邊齒的使用壽命直接影響了潛孔鑽頭的使用壽命。相關的研究人員經過大量的實驗總結出硬質合金球齒發生磨粒磨損的兩種機理，其一是碳化鎢WC和鈷Co受到均勻磨損，與拋光作用相類似，其二是鈷Co被先除去，而碳化鎢WC顆粒被拔出發生表面擦傷；表面疲勞磨損是由於硬質合金球齒與岩石發生相對滑動所產生的交變載荷引起的；黏著磨損則發生在硬質合金球齒與岩石硬度近似相等的狀態下，此時的硬質合金球齒發生塑性變形並與岩石產生相對運動，二者先粘接在一起後又彼此分離，在這一過程中硬質合金顆粒被剝離而產生磨損。

二、斷齒：在磨損的失效形式中就提到了邊齒和中齒的概念，所以斷齒也就分為中齒的斷齒以及邊齒的斷齒。再者邊齒對鑽頭起著一定的保護作用，對潛孔鑽頭的使用壽命影響最大。通常來說，潛孔鑽頭的邊齒與鑽頭端面呈斜35°角，由於力的作用是相互的，鑽頭在衝擊岩石時，發生偏心衝擊，同時鑽頭在回轉切削岩石時邊齒受到了岩石的摩擦力作用，兩力的合力在邊齒的齒根部產生一定的彎矩，這樣週期波動的作用力長期作用容易在邊齒內部產生裂紋源，從而導致邊齒斷裂。而中齒由於不產生偏心衝擊，其斷裂主要是由於岩石對球齒阻礙摩擦而產生的彎曲拉應力所導致的。

三、掉齒：發生掉齒和碎齒的情況也時有發生。硬質合金潛孔鑽頭球齒發生掉齒的原因主要有，其一鑽頭球齒在固定時不在同一水平面上，造成所有的球齒不能同時接觸岩石，個別球齒懸空為參與實際工作，產生拉應力波，球齒被拔出；其二潛孔鑽頭在作業的過程中被氣流吹起的岩屑磨損，導致部分球齒外露，從而減小了鑽頭剛體對球齒的束縛力；此外還有一種原因是潛孔鑽頭球齒在佈置時過盈配合不當，導致一些球齒的固緊力不足而發生脫落。

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