Вплив кріогенної обробки на зміну властивостей синтетичних алмазів та ефективність їх застосування в буровому інструменті

Автори:

В.М. Ткач, доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник, Інститут надтвердих матеріалів ім. В.Н. Бакуля НАН України, завідувач лабораторією, м. Київ, Україна

О.М. Ісонкін, кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, Інститут надтвердих матеріалів ім. В.Н. Бакуля НАН України, старший науковий співробітник, м. Київ, Україна

Реферат:

Мета. Оцінка впливу підвищення міцності синтетичних алмазів у результаті зміни їх початкового напружено-деформованого стану після кріогенної обробки на працездатність породоруйнівного інструменту. В якості об’єкта досліджень були вибрані синтетичні термоміцні алмази АС160Т зернистістю 355/300 мкм.

Методика. У статті запропонована методика оцінки міцності синтетичних алмазів при одновісному стисканні до та після кріогенної обробки в середовищі рідкого азоту. Зміна початкового напружено-деформованого стану алмазів, сприяюча підвищенню їх міцності в результаті кріогенної обработки, заснована на немонотонній зміні інтегральної інтенсивності дифракційної складової лінії Косселя, обумовленої зміною дефектної структури. Працездатність алмазного породоруйнівного інструменту оцінювалася за результатами досліджень зносостійкості импрегнованих бурових коронок та енергетичних витрат при бурінні ними гірської породи.

Результати. Вивчено характер зміни статичної міцності алмазів із проб, що були піддані кріогенній обробці. Практичний інтерес представляє істотне підвищення значень міцності алмазів шляхом їх перерозподілу в бік збільшення в пробі зерен з міцністю в діапазоні 350Н–500Н. Для алмазів із вихідною міцністю зерен у діапазоні 500Н–550Н зростання цього показника незначне, що можна пояснити низьким рівнем зміни вихідного напружено-деформованого стану.

Наукова новизна. Встановлено, що після низькотемпературного термоциклювання відбувається підвишення статичної міцності синтетичних алмазів, викликане незворотною зміною вихідного напружено-деформованого стану кристалів, обумовленого впорядкуванням дефектної структури кристалічної решітки.

Практична значимість. Показано переваги використання методу кріогенної обробки синтетичних алмазів перед їх використанням для оснащення алмазного породоруйнівного інструменту. Підвищення статичної міцності синтетичних алмазів, що використовуються для оснащення бурових коронок, завдяки використанню даного методу сприяє підвищенню показників їх працездатності.

Список літератури / References:

1. Сверхтвердые материалы в геологоразведочном бурении / [Зыбинский П.В., Богданов Р.К., Исонкин А.М., Закора А.П.] –Донецк: Норд-Пресс, 2007. –244 с.

Zybinsky, P.V., Bogdanov, R.K., Isonkin, A.M. and Zakora, A.P. (2007), Sverkhtverdye matersaly v geololgorazvedochnom burenii [Superhard Materials in Geological Prospecting Drilling], Nord-Press, Donetsk, Ukraine.

2. Влияние физико-химических свойств высокопрочных порошков синтетического алмаза на эксплуатационные характеристики бурового инструмента / [Новиков Н.В., Богатырева Г.П., Исонкин А.М. и др.] // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: cб. научн. трудов по материалам Международной научн. конф. – Вып.11. – К.: ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украины, 2008. – C. 243–250

Novikov, N.V., Bogatyreva, G.P. and Isonkin, A.M. (2008), “Influence of Physical and Chemical Properties of High-Strength Synthetic Diamonds on Operating Characteristic of Drilling Tool”, International Conference “Rock-Destruction and Metal-Processing Tool – Technique, Technology of Its Production and Application”, Kiev, Ukraine, Vol. 11. pp. 243–250.

3. Рябчиков С.Я. Объемное упрочнение твердосплавного и алмазного породоразрушающего инструмента с целью повышения его эксплуатационных показателей: автореф. дис. на здобуття наукового ступеня доктора техн. наук: 25.00.14 / Рябчиков Сергей Яковлевич. –Томск, 2002 – 42 c.

Ryabchikov, S.Ya. (2002), Obyemnoye uprochneniye tverdosplavnogo i almaznogo porodopazruchayushchego instrumenta s tselyu povysheniya ego ekspluatatsyonnykh pokazateley: Abstract of the Dr. Sci. (Tech.) dissertation, 25.00.14, Tomsk National University, Tomsk, Russia, p. 42.

4. Будюков Ю.Е. Алмазный породоразрушающий инструмент / Будюков Ю.Е., Власюк В.И., Спирин В.И. – Тула: ИПП „Гриф и К“, 2005. – 288 с.

Budyukov, Yu.Ye., Vlasyuk, V.I. and Spirin, V.I. (2005), Almazny porodorazruchayushiy instrument [Diamond-Drilling Tool], IPP“Grif i K”, Tula, Russia.

5. Ткач В.Н. Низкотемпературное упорядочение структуры алмаза / В.Н. Ткач // Сверхтвердые материалы. –1997. – №6. – С. 3–8

Tkach, V.N. (1997), “Low-Temperature Streamlining of the Diamond Structure”, Sverchtverdye materialy, Vol.6. pp. 3–8.

6. Порошки алмазні синтетичні: ДСТУ 3292–95. –[Чинний від 1995-01-28 ] / – К.: Держстандарт України, 1995. – 70 с. – (Національні стандарти України).

Poroshky almazni syntetychni: DSTU 3292–95 (1995), [Synthetic Diamond Powder. State Standards] Derzhstandart, Kyiv, Ukraine.

7. Исонкин А.М. Связь износа алмазных импрегнированных буровых коронок с интенсивностью разрушения горной породы / Исонкин А.М., Богданов Р.К., Закора А.П. // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: cб. научн.трудов по материалам Международной научн. конф. – Вып. 10 – К.: ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украины, 2007. – C. 56–63.

Isonkin, A.M., Bogdanov, R.K. and Zakora, A.P. (2007), “Connection of the diamond impregnate drill bits wear with intensity of rock destruction”, International Conference “Rock-Destruction and Metal-Processing Tool – Technique, Technology of Its Production and Application”, Kyiv, Ukraine, Vol. 10, pp. 56–63.

2012_5_tkach
2013-10-17  337.3 KB  1382