硬质合金潜孔钻球齿——失效形式

硬质合金球齿虽然具有较高的硬度以及抗冲击性能，但是其本身的脆性较高且耐磨性较差。在掘进的过程中，由于球齿与岩层发生高速碰撞而产生的高温会使得硬质合金的硬度有所下降而破碎的石英颗粒却会在这样的温度下发生软质相向硬质相的转变。因而就会造成硬质合金潜孔钻球齿的工作失效，是整体的掘进效率下降。硬质合金潜孔钻球齿的主要失效形式包括磨损（磨粒磨损、表面疲劳磨损、黏着磨损）、断齿、掉齿以及碎齿等，接下来我们将逐一探讨几种失效形式。

一、磨损：这是硬质合金潜孔钻球齿失效形式中最为常见的，其还可细分为磨粒磨损、表面疲劳磨损以及黏着磨损。这是由于潜孔钻的工作环境较为严苛，常常是在地下、井下作业，而潜孔钻头球齿除了在冲击和旋转切削破碎岩石与岩层发生磨损外，钻头所产生的气流写到的岩屑也会磨损球齿，尤其是在一些高风压潜孔钻头中。硬质合金潜孔钻头球齿由内而外可分为中齿和边齿，中齿主要用于破碎岩层，而边齿既参与岩层的破碎，还有另一个重要作用就是保护钻头，以防止周围岩石对钻头本身产生磨损。由于潜孔钻头在回转切削岩石时边齿靠外沿所以线速度较大，也最先发生磨损，因此一般来说边齿的尺寸大于中齿尺寸，但其磨损速度相较于中齿高。另外，边齿失效后失去了原本对潜孔钻头的保径作用，钻头本身也就开始发生磨损，这也说明了边齿的使用寿命直接影响了潜孔钻头的使用寿命。相关的研究人员经过大量的实验总结出硬质合金球齿发生磨粒磨损的两种机理，其一是碳化钨WC和钴Co受到均匀磨损，与抛光作用相类似，其二是钴Co被先除去，而碳化钨WC颗粒被拔出发生表面擦伤；表面疲劳磨损是由于硬质合金球齿与岩石发生相对滑动所产生的交变载荷引起的；黏着磨损则发生在硬质合金球齿与岩石硬度近似相等的状态下，此时的硬质合金球齿发生塑性变形并与岩石产生相对运动，二者先粘接在一起后又彼此分离，在这一过程中硬质合金颗粒被剥离而产生磨损。

二、断齿：在磨损的失效形式中就提到了边齿和中齿的概念，所以断齿也就分为中齿的断齿以及边齿的断齿。再者边齿对钻头起着一定的保护作用，对潜孔钻头的使用寿命影响最大。通常来说，潜孔钻头的边齿与钻头端面呈斜35°角，由于力的作用是相互的，钻头在冲击岩石时，发生偏心冲击，同时钻头在回转切削岩石时边齿受到了岩石的摩擦力作用，两力的合力在边齿的齿根部产生一定的弯矩，这样周期波动的作用力长期作用容易在边齿内部产生裂纹源，从而导致边齿断裂。而中齿由于不产生偏心冲击，其断裂主要是由于岩石对球齿阻碍摩擦而产生的弯曲拉应力所导致的。

三、掉齿：发生掉齿和碎齿的情况也时有发生。硬质合金潜孔钻头球齿发生掉齿的原因主要有，其一钻头球齿在固定时不在同一水平面上，造成所有的球齿不能同时接触岩石，个别球齿悬空为参与实际工作，产生拉应力波，球齿被拔出；其二潜孔钻头在作业的过程中被气流吹起的岩屑磨损，导致部分球齿外露，从而减小了钻头刚体对球齿的束缚力；此外还有一种原因是潜孔钻头球齿在布置时过盈配合不当，导致一些球齿的固紧力不足而发生脱落。