硬质合金潜孔钻球齿破岩机理

潜孔钻头是目前一些掘进、破岩工作中运用最为广泛的一种高性能作业工具，其适用于钻进中硬、坚硬以及研磨性岩层，依靠较高的冲击功产生较大冲击能量对岩石进行破碎。其具有众多优势，如高钻进效率、高冲击功、伴有剪切破碎、使用寿命较长，其最大的特点在于以气流作为驱动力，有足够的风量能将岩屑带出孔底，从而保证了钻进的效率，降低了球齿的磨损。而对于硬质合金球齿的选择就显得至关重要了，要根据潜孔钻头的直径大小以及所受的冲击功等方面进行考量，球齿的个数以及放置的位置决定了是否能够合理分担潜孔钻头所受的冲击功。

从理论上说，硬质合金潜孔钻球齿所采用的是冲击回转的破岩方法，冲击时间很短，球齿在与岩石接触的瞬间产生巨大的冲击力，脆性的岩石内部产生应力集中，在冲击力的作用下极容易产生体积破碎，因而潜孔钻头的凿岩效率高。再者，硬质合金潜孔钻头球齿在冲击岩石的同时还对岩石进行回转切削，而钻头对球齿的轴向压力明显小于单纯的回转切削钻头，对球齿的磨损也减小了许多，从而提高了硬质合金潜孔钻头球齿的耐磨性及抗磨削性，延长了使用寿命。

对硬质合金潜孔钻球齿的破岩过程进行分阶段研究，可总结归纳出如下几个阶段：

阶段一：裂纹产生，在这一阶段硬质合金球齿与岩石表面刚刚接触，传递到岩石接触面上的应力作用还没有完全释放，在接触面上发生脆性破坏，此时伴有微裂纹的产生；

阶段二：随着应力的不断增加，硬质合金球齿所接触的岩石也发生了塑性变形，形成一定的破碎区域；

阶段三：在已粉碎的区域的边界上会产生拉应力裂纹，并逐渐发展成为初始裂纹，该裂纹会随着应力的增大而进一步扩展；

阶段四：随着应力的增加，在初始裂纹的两侧形成相应的拉应力并产生张裂纹，呈斜下方扩展；

阶段五：裂纹不断扩展形成漏斗形，并相应产生跃进式的破坏。

此外，除了对硬质合金潜孔钻球齿破岩机理的研究，需要我们注意还有硬质合金球齿虽然具有较高的硬度以及抗冲击性能，但是其脆性较高且耐磨性较低，其失效形式主要是磨损，包括磨粒磨损、表面疲劳磨损以及黏着磨损。其主要是因为在掘进的过程中，由于球齿与岩层发生高速的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发生由软质相向硬质相的转变。这也对硬质合金球齿提出了更高的要求，其可以通过加入一定的元素或者在球齿端面涂覆一层高性能材料来改善硬质合金球齿的耐磨性。

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