年輪層1.5鈷合金和中中間年輪層1.4間層梯度材料的熱脹冷縮系數大于芯部高硬度碳化鎢硬質合金，冷卻過程中芯軸部分1.3受到來自外圈年輪層1.5和中間年輪層1.4的殘余壓應力保護不容易脆斷，比一般牙輪鉆頭合金齒韌性好。合金齒I在使用過程中，由于芯軸部分1.3采用最高硬度碳化鎢復合材料，比一般牙輪鉆頭合金齒硬。另外，外圈年輪層1.5和中間年輪層1.4碳化鎢復合材料硬度較低，優先磨損，使用過程中會產生自我銳利，利于保持較高的鉆進速度。
[0029]為了制造這種梯度復合材料的合金齒，包括以下步驟:
[0030]I)取鈷合金粉末和碳化鎢粉末的復合材料，與有機粘結劑均勻混合成膏狀，經相應模具擠壓成型，再固化處理，獲得棒狀的芯軸部分1.3毛坯和管狀的中間年輪層1.4毛坯；其中，鈷合金粉末在復合材料中的重量百分比不大于25%，芯軸部分1.3的鈷合金粉末含量低于中間年輪層1.4的鈷合金粉末含量，有機粘結劑的用量占復合材料重量的5?30% ；
[0031]2)取單純的鈷合金粉末，與有機粘結劑均勻混合成膏狀，經相應模具擠壓成型，再固化處理，獲得管狀的外圈年輪層1.5毛坯；其中，有機粘結劑的用量占單純的鈷合金粉末重量的5?30% ；
[0032]3)將所制得的芯軸部分1.3、中間年輪層1.4和外圈年輪層1.5毛坯依次套裝好后，再整體嵌入鋼制的細長密封桶2中，并在細長密封桶2上部焊接好帶通氣管2.1的密封上蓋2.2 ；
[0033]4)將通氣管2.1與真空栗連接，并將細長密封桶2置于加熱爐內緩慢加熱到攝氏500度以上；與此同時，開啟真空栗經由通氣管2.1對細長密封桶2抽氣，使其內的有機粘結劑分解蒸發；
[0034]5)當有機粘結劑完全分解蒸發后，壓扁通氣管2.1，并將其與細長密封桶2焊接好，使其內腔形成真空狀態；
[0035]6)對內腔呈真空狀態的細長密封桶2進行熱等靜壓處理，使其中的芯軸部分1.3、中間年輪層1.4和外圈年輪層1.5毛坯組件在高溫高壓下進一步結合密實；
[0036]7)再通過酸洗或機加工除去細長密封桶2，得到具有梯度復合材料年輪結構的棒坯，經切斷、磨削加工，最終制得本發明的合金齒本體I。
[0037]其中，所述步驟I中，芯軸部分1.3的鈷合金粉末在復合材料中的重量百分比為6%沖間年輪層1.4的鈷合金粉末在復合材料中的重量百分比介于6?25%之間，且由內層向外層鈷合金粉末的含量逐漸增加。
【主權項】
1.一種牙輪鉆頭梯度復合材料合金齒，包括合金齒本體(I)，所述合金齒本體(I)具有一體成型的柱形部分(1.1)和切削部分(1.2)，安裝時所述柱形部分(1.1)埋入在牙輪(3)內、所述切削部分(1.2)伸出在牙輪(3)外，其特征在于:所述合金齒本體⑴從橫截面上看呈多層由內向外逐漸擴張并緊密結合的年輪結構，它包括芯軸部分(1.3)、中間年輪層(1.4)和外圈年輪層(1.5)，所述芯軸部分(1.3)、中間年輪層(1.4)和外圈年輪層(1.5)的物理硬度逐漸降低，從而在工作時使芯軸部分(1.3)和中間年輪層(1.4)受到來自外圈年輪層(L5)的殘余壓應力。2.根據權利要求1所述的牙輪鉆頭梯度復合材料合金齒，其特征在于:所述中間年輪層(1.4)設置有I?5層。3.根據權利要求2所述的牙輪鉆頭梯度復合材料合金齒，其特征在于:所述中間年輪層(1.4)設置有2?4層。4.根據權利要求3所述的牙輪鉆頭梯度復合材料合金齒，其特征在于:所述芯軸部分(1.3)的直徑d、所述外圈年輪層(1.5)的直徑D和厚度、所述中間年輪層(1.4)厚度T巾為和層數N滿足如下數學關系:d 彡 0.4D，T外彡 0.15D，T中=[(D — d)/2 — T外]/N。5.根據權利要求4所述的牙輪鉆頭梯度復合材料合金齒，其特征在于:所述芯軸部分(1.3)為鈷合金百分含量占6%的碳化鎢硬質合金，所述中間年輪層(1.4)為鈷合金百分含量介于6?25%之間的碳化鎢硬質合金，所述外圈年輪層(1.5)為單純的鈷合金。6.根據權利要求5所述的牙輪鉆頭梯度復合材料合金齒，其特征在于:所述中間年輪層(1.4)中鈷合金百分含量由內層向外層逐漸遞增。7.根據權利要求1?6中任一項所述的牙輪鉆頭梯度復合材料合金齒，其特征在于:所述柱形部分(1.1)呈圓柱形，所述切削部分(1.2)呈錐形、半圓曲面形、或拋物線曲面形。8.—種權利要求1所述牙輪鉆頭梯度復合材料合金齒的加工方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)取鈷合金粉末和碳化鎢粉末的復合材料，與有機粘結劑均勻混合成膏狀，經相應模具擠壓成型，再固化處理，獲得棒狀的芯軸部分(1.3)毛坯和管狀的中間年輪層(1.4)毛坯；其中，鈷合金粉末在復合材料中的重量百分比不大于25%，芯軸部分(1.3)的鈷合金粉末含量低于中間年輪層(1.4)的鈷合金粉末含量，有機粘結劑的用量占復合材料重量的5 ?30% ； 2)取單純的鈷合金粉末，與有機粘結劑均勻混合成膏狀，經相應模具擠壓成型，再固化處理，獲得管狀的外圈年輪層(1.5)毛坯；其中，有機粘結劑的用量占單純的鈷合金粉末重量的5?30% ; 3)將所制得的芯軸部分(1.3)、中間年輪層(1.4)和外圈年輪層(1.5)毛坯依次套裝好后，再整體嵌入鋼制的細長密封桶(2)中，并在細長密封桶(2)上部焊接好帶通氣管(2.1)的密封上蓋(2.2)； 4)將通氣管(2.1)與真空栗連接，并將細長密封桶(2)置于加熱爐內緩慢加熱到攝氏500度以上；與此同時，開啟真空栗經由通氣管(2.1)對細長密封桶(2)抽氣，使其內的有機粘結劑分解蒸發； 5)當有機粘結劑完全分解蒸發后，壓扁通氣管(2.1)，并將其與細長密封桶(2)焊接好，使其內腔形成真空狀態； 6)對內腔呈真空狀態的細長密封桶(2)進行熱等靜壓處理，使其中的芯軸部分(1.3)、中間年輪層(1.4)和外圈年輪層(1.5)毛坯組件在高溫高壓下進一步結合密實； 7)再通過酸洗或機加工除去細長密封桶(2)，得到具有梯度復合材料年輪結構的棒坯，經切斷、磨削加工，最終制得本發明的合金齒本體(I)。9.根據權利要求8所述牙輪鉆頭梯度復合材料合金齒的加工方法，其特征在于:所述步驟I)中，芯軸部分(1.3)的鈷合金粉末在復合材料中的重量百分比為6% ;中間年輪層(1.4)的鈷合金粉末在復合材料中的重量百分比介于6?25%之間，且由內層向外層鈷合金粉末的含量逐漸增加。
【專利摘要】本發明公開了一種牙輪鉆頭梯度復合材料合金齒，包括合金齒本體，所述合金齒本體具有一體成型的柱形部分和切削部分，安裝時所述柱形部分埋入在牙輪內、所述切削部分伸出在牙輪外，所述合金齒本體從橫截面上看呈多層由內向外逐漸擴張并緊密結合的年輪結構，它包括芯軸部分、中間年輪層和外圈年輪層，所述芯軸部分、中間年輪層和外圈年輪層的物理硬度逐漸降低，從而在工作時使芯軸部分和中間年輪層受到來自外圈年輪層的殘余壓應力。使用過程中會產生自我銳利，利于保持較高的鉆進速度。
【IPC分類】B23P15/28, E21B10/50
【公開號】CN105156038
【申請號】CN201510534785
【發明人】黃曉弟, 黃建陽, 魯新義, 鐘毅, 劉洋, 明偉方, 陳剛, 李恒山, 李華, 吳林川, 盧獻忠, 王志高, 徐燕, 胡麗, 李博文, 劉繼雄, 趙國知, 徐俊, 姜濤
【申請人】武漢鋼鐵(集團)公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月27日