1. При бурении в породах высокой твёрдости (коэффициент твёрдости по шкале Фрэнкеля — F14–16) и повышенной абразивности алмазные зубья подвергаются интенсивному ударному воздействию и срезающему трению о твёрдые породы. В условиях обычной технологии изготовления такие зубья обычно характеризуются неблагоприятным поверхностным напряжённым состоянием, недостаточной плотностью поверхностного слоя и пониженной вязкостью; под действием длительных нагрузок микротрещины быстро распространяются, что чревато разрушением, поломкой зубьев и их чрезмерным износом — всё это приводит к выходу долота из строя. Частая замена долот не только существенно повышает затраты на расходные материалы, но и серьёзно нарушает бесперебойность производственного процесса на горном предприятии.

В отличие от традиционных подходов, ориентированных на незначительное улучшение технологических параметров — например, оптимизацию состава сплава или корректировку режимов спекания, — данная методика предусматривает последующую обработку поверхности зубьев из сплава. Благодаря механической пластической модификации удается оптимизировать микроструктуру и состояние напряжений в поверхностном слое зубьев, что позволяет коренным образом повысить их износостойкость и стойкость к разрушению. Преимущества данной технологии:

(1) Не требуется изменять состав матрицы сплава зубьев; за счёт механического поверхностного упрочнения достигается резкий рост эксплуатационных характеристик.

(2) Оптимизируется поверхностное напряжённое состояние, вводится стабильное остаточное сжатие, что эффективно компенсирует внешние переменные растягивающие напряжения при работе бурового долота, подавляет зарождение и распространение микротрещин на поверхности, повышает усталостную и ударную прочность сплавных зубьев и предотвращает хрупкое разрушение при действии кратковременных ударных нагрузок.

(3) Повышение твёрдости поверхностного слоя, усиление износостойкости и коррозионной стойкости; механическое упрочнение позволяет уплотнить пористую структуру поверхностного слоя зубьев из сплава, а также измельчить зерна твёрдого сплава, в результате чего на поверхности зуба формируется плотный, обладающий высокой твёрдостью упрочнённый слой.

(4) Повышение коэффициента трещиностойкости KIC и улучшение сопротивления разрушению. Механическое упрочнение позволяет восстановить исходные микродефекты на поверхности зубьев сплава, оптимизировать распределение поверхностного напряжённого поля, пассивировать вершины трещин, эффективно препятствуя их распространению и росту, что существенно повышает коэффициент трещиностойкости KIC зубьев сплава.

II. Сравнительное тестирование

1. Рабочие условия: крупное отечественное месторождение вольфрамо‑молибденовых руд; руда плотная и твёрдая, коэффициент твёрдости породы f = 14–16; слоистость породы хорошо выражена, износостойкость высокая; это типичные условия, при которых происходит наиболее интенсивный износ бурового долота.

2. Результаты тестирования:

(1) Послепроцессинг сплава

(2) Обычный сплав

Результат: общий срок службы бурового долота увеличен на 10%, работа стабильна, производительность по проходке высока, а уровень поломки зубьев снижен на 20%.

III. Заключение

Процесс постобработки сплава, основанный на механическом упрочнении поверхностного слоя, позволяет эффективно оптимизировать физические свойства и напряжённое состояние сплавных зубьев долота с глубоким отверстием, коренным образом повышая их износостойкость и ударную вязкость, а также решая ключевую проблему разрушения — быстрый износ и склонность к трещинообразованию сплавных зубьев в породах высокой твёрдости.