Твердые сплавы для изготовления зубков долот

Не менее важным материалом в производстве высококачественных шарошечных долот являются вольфрамокобальтовые твердые сплавы, применяемые для изготовления зубков и армирования зубьев фрезерованных шарошек, козырьков лап и других частей долота, подвергающихся в процессе работы абразивному износу.

В соответствии с ОСТ 26-02-1315-84 твердосплавные зубки должны изготавливаться из сплавов марок: ВК4-В, ВК8-ВК и ВК11-ВК.  сплавов ВК4-В и ВК8-ВК изготавливаются зубки формы Г-54 с плоской вершиной, используемые для армирования обратных конусов шарошек и козырьков лап. Из сплава ВК11-ВК изготавливаются зубки всех остальных форморазмеров: от Г26 со сферической головкой, применяемых в долотах для бурения очень крепких пород, до клиновидных типа М, применяемых в долотах для бурения мягких абразивных пород.

ОАО «Волгабурмаш» в своих долотах, изготавливаемых по лицензии фирмы Dresser (США), применяет зубки собственного производства из сплавов марок ВК10, ВК13 и ВК16.

Ведущие американские фирмы-производители долот, как правило, имеют свои твердосплавные производства и более широкий выбор марок твердых сплавов для изготовления обширной гаммы зубков самых разнообразных форморазмеров. Так, фирма Hughes Christensen имеет в своем распоряжении более 25 марок твердых сплавов от ВК6 до ВК18, причем многие марки сплавов с одинаковым химическим, но различным гранулометрическим составом могут значительно отличаться по своим физико-механическим свойствам, что позволяет более точно подбирать марку сплава для изготовления зубков той или иной формы для эффективного разрушения конкретных горных пород (табл. 4.3).

Таблица 4.3. Твердые сплавы для изготовления зубков долот

Марка сплава	Твердость, HRA	Содержание кобальта, %	Зернистость	Предел прочности, Н/мм2	Абразивная стойкость, 1/ потеря объёма	Трещино- стойкость, DCB	Рекомендуемое применение
1	2	3	4	5	6	7	8
307	91	7	Cреднезерн.	3380	15,6	11500	Горнорудное
Р40	91,2	6	Cреднезерн.	2900	15	11000	Высокая износостойкость
295	90,8	6	Cреднезерн.	3275	14,1	11000	Высокая износостойкость
671	90,5	6	Cреднезерн.	2240	13	11100	Умеренная до высокой износостойкость
248	89,8	11	Мелкозерн.	3100	7	12500	Зубки с небольшим вылетом
М09	89,6	9	Среднезерн.	2970	10	12500	Гидромониторные насадки
779	89,5	9	Среднезерн.	3170	10	13000	Износостойкость выше, чем у марки 241
91	89,2	8,5	Среднезерн.	3100	6,2	13000	Износостойкость выше, чем у марки 241
284	83,2	11	Мелкозерн.	2780	6,6	12600	Износостойкость выше, чем у марки 241
90	89	10	Среднезерн.	3240	7	13200	Для средних ударных нагрузок
251	88,7	10	Среднезерн	3100	6,4	13200	Износостойкость выше, чем у марки 241
258	88,6	13	Мелкозерн.	3240	5	12700	Умеренная трещиностойкость и износостойкость
241	88,5	10	Среднезерн.	3240	6	14000	Нефтяные долота, хорошая стойкость к поломкам
941	88,6	11	Среднезерн.	3310	5,5	16000	Трещиностойкость выше, чем у марки 241
240	88,2	10,25	Среднезерн.	3310	5,6	16600	Зубки с малым до среднего
122	87,9	12	Среднезерн.	3380	5,6	17100	Высокая трещиностойкость и износостойкость
231	87,8	10	Крупнозерн.	3000	5,1	17100	Зубки со средним вылетом
931	87,8	11	Крупнозерн.	2900	5,5	18500	зубки со средним и большим вылетом
222	87,5	10	Крупнозерн.	2900	4	17000	Стойкость к поломкам выше, чем у марки 231
244	87	10,5	Крупнозерн.	2720	3,4	16700	Высокая трещиноватость и ударные нагрузки
55В	86,6	16	Среднезерн.	2900	3	15600	Хорошая стойкость к поломкам
120	86,5	12	Крупнозерн	2900	5	17300	Зубки с большим вылетом
147	86	14	Крупнозерн.	3240	2,5	18000	Прочность выше, чем у марки 55В
239	86	18	Среднезерн.	3240	2,2	18400	Трещиностойкость выше, чем у марки 55В, износостойкость выше
45В	85,5	16	Крупнозерн.	2900	2,7	160000	Трещиностойкость выше, чем у марки 55В
40В	85	16	Крупнозерн.	3100	2,4	16400	Высокая трещиностойкость
Свойства твёрдых сплавов по ТУ 48-19-281-88
ВК8ВК	88,3	8	Среднезерн.	более 1860	-	-	-
ВК11ВК	87,5	11	Среднезерн.	более 2110	-	-	-

Как видно  из  таблицы, для  характеристик свойств твердых сплавов, кроме привычных твердости и прочности при поперечном изгибе, используются такие важные параметры, как стойкость к абразивному износу и трещиностойкость. Все без исключения зубки проходят газостатическую обработку, обеспечивающую повышение стабильности качества зубков за счет исключения пористости.

Все ведущие фирмы освоили, вслед за фирмой Smith, производство алмазно-твердосплавных зубков, причем не только с плоской, но и с объемной, вплоть до клиновидной, рабочей поверхностью и успешно применяют их для оснащения долот, предназначенных для бурения особо абразивных пород, где износостойкость обычных твердых сплавов недостаточна.

В отличие от сталей для изготовления лап и шарошек и твердых сплавов для изготовления зубков, материалы, применяемые в большом подшипнике скольжения долот с герметизированной опорой более разнообразны. И если рабочую (нагруженную) поверхность цапфы большинство производителей долот наплавляет твердым сплавом типа стеллит (отечественные аналоги — 3В16К, 3В14К-Б) то ответная поверхность шарошки (или промежуточной втулки) отличается как конструкцией, так и материалом.

Наиболее простой вариант использует в своих долотах фирма Hughes Christensen, когда стальные рабочие поверхности трения в шарошке покрываются слоем серебра.