常見的硬質合金球齒的齒形多為圓頭形、彈頭形，但是在使用過程中，常規的圓頭形硬質合金球齒很容易發生鈍化，從而影響掘進的效率；而彈頭形硬質合金球齒由於齒冠尖細且齒冠球半徑較小，因而在大衝擊功或岩層較為堅硬的情況下，容易因基體強度不足而發生破碎。因此，硬質合金球齒的齒形結構對其使用性能上有著較大影響，對球齒的齒形結構進行優化也成為了相關研究人員的研究方向之一。

基於球形壓模破岩有效機理和彎曲應力恒等理論，國內的研究人員設計出了耐鈍性硬質合金球齒。這種球齒結合了圓頭齒和彈頭齒二者的優勢，齒頭由球冠形體和近似圓錐體組成；其中球冠形體進行球形壓模破岩，近似圓錐體進行楔形壓模破岩，球形壓模在前破岩為主，楔形壓模在後破岩為輔，形成了共同破岩的良好效果。此外，通過分析球形壓模和楔形壓模下岩石的應力分佈規律，證明了耐鈍硬質合金球齒的破岩效果更好、鑽速更快、抗衝擊韌性更好、不易鈍化。有實驗資料表明採用耐鈍硬質合金齒的潛孔鑽頭壽命和平均鑽速分別比彈頭齒鑽頭高36%和28%。另一種優化球齒則採用前級超硬球體和二級超硬球體組成，在前級超硬球體破碎岩石後產生剪切體；當鑽頭再衝擊岩石時，第二級超硬球體衝擊剪切體，對岩石重複破碎。這就使得硬質合金球齒鑽頭在鑽進較長進尺時不需提鑽以及對鑽頭進行出刃處理，還能保持良好的碎岩能力和自銳性能。

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硬質合金球齒是由硬質相WC與粘結相Co組成的具有高硬度、高強度、高耐磨性以及衝擊韌性的鑿岩工具。相比於其他材料的同類產品其具有更高的鑽掘速度，使用壽命延長了5-6倍，既節省了工時、提高了效率，又減少了換齒頻率、減輕了體力勞動。隨著工況環境的日趨複雜，鑿岩對鑽具性能的要求也越來越高，尤其是高風壓鑽具所使用的硬質合金球齒不僅需要極高的硬度和耐磨性，同時還需要良好的韌性以防止脆性斷裂。而細晶結構就能有效地提高合金的使用性能，有研究表明，超細晶及納米結構的硬質合金球齒在粘結相含量不變的情況下，當WC晶粒度小於1μm時，球齒的硬度和強度都能得到大幅的提升，並且隨著WC晶粒度的進一步減小，球齒性能的提高幅度更為顯著。由於納米晶粒度小，而比表面積大、表面活性強，所以具備納米結構的一些優異性能，如降低燒結所需溫度、硬度、強度、耐磨性以及單齒衝擊韌性的提高、使用壽命的延長等，是目前硬質合金材料的研究熱點之一。

梯度結構硬質合金是在上世紀80年後末期研發出的一種多相結構硬質合金，其主要特點是成分和組織呈梯度分佈。梯度結構硬質合金的製備原理是採用低碳硬質合金通過真空燒結獲得含η相的硬質合金，並在滲碳氣氛中處理以改變Co粘結相的分佈使球齒的不同部位分佈不同的Co含量。這樣一來硬質合金球齒組織結構上呈現出Co的梯度分佈，即最外層 — 貧Co層、中間層 — 富Co層、內層 — WC、Co、η三相顯微組織。外層由於WC含量較高，具有較好的耐磨性；而中間層Co含量高，具有較好的韌性。因此在鑿岩過程中具有更高的破壞載荷。

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