硬质合金球齿失效的改进途径

硬质合金球齿具有高硬度、高强度、高耐磨性以及良好的化学稳定性，因而在一些石油钻井、钻孔、矿产采掘行业中有着较为广泛的运用。而在这些较为复杂严苛的的工作环境中，硬质合金球齿经常会遇到较为坚硬的岩层需要承受较高的拉（压）应力、剪切应力以及冲击载荷，有时还会遇到温度偏高或偏低的情况，这就会使得球齿发生失效。其中引起硬质合金球齿失效的最主要因素是在合金内部存在一定的断裂源，导致缺陷的存在。常见的硬质合金球齿失效形式如下表所示：

而相应的改进途径包括选取与合金晶粒度相近的WC粉末、选取粒度分布均匀的WC粉、控制球磨所用的合金球晶粒度以及控制合金两相区。通常用于石油钻井的硬质合金球齿的合金晶粒度在2.0-2.4μm，通过增加球磨时间将WC粉研磨至所需粒度。但是球磨时间不宜过长，否则会导致原料里部分WC粉被研磨得过细，WC晶内发生畸变、位错等，从而使WC的表面能升高。此外，硬质合金的烧结过程本质上就是WC晶粒在液相Co中的溶解与析出，而溶解的WC又不断析出在并未熔的低能WC上沉积而长大。因此，选用研磨态相近的WC粉在常规的球磨时间下才能保证粒度达到要求。

除了控制WC粉研磨态相近之外，WC粒度的分布对合金晶粒度的均匀性也存在十分重要的影响。若WC粉末粒度分布较宽，也就是粒度差异较大，经过研磨后WC粒度的差异也将变得越来越大，其表面能差异也相应增大。在烧结过程中溶解与析出的反应更为显著，WC晶粒越容易长大，从而形成晶粒度不均匀的合金。换句话说，硬质合金球齿的晶粒度均匀性取决于WC粉的粒度分布。因此在配料的过程中不仅要注意WC粉的粒度值，还不能够忽略了粒度分布，检测的方式可采用铜渗工艺。

原料中WC粉的粒度与分布情况是影响硬质合金球齿晶粒度与分布的原因之一，而球磨工艺以及其所使用的相关工具也会对球齿的最终晶粒度产生一定的影响。在球磨工艺中，球料比、球磨时间、合金球形状及质量都是关键的影响因素。在球磨的过程中，合金球会越磨越小，这也说明了其被磨掉的部分也进入了原料里。这也就意味着应选用与合金晶粒度相近的原料来制备合金球才能保证混合料的粒度与均匀性。

控制合金的两相区指的是相同和合金晶粒度、相同的Co含量，需通过调整合金的碳含量，使其处于两相区之间。通过对碳总量与游离碳量的确认做到较为精确的控碳，使之不发生渗碳和脱碳的现象。这就需要注意到成型剂的选择、脱脂烧结工艺的选择以及存放时尽量避免与空气发生直接接触以防氧化，必要时可通入氮气进行保护。

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