介绍
硬质合金齿是指由碳化钨和金属粘合剂（通常为钴）制成的紧凑型圆顶形刀片。这些齿具有卓越的硬度、抗冲击性和耐磨性，是凿岩工具中不可或缺的部件。
在钻孔应用中，球齿硬质合金嵌入钻头（例如潜孔钻头 (DTH)、顶锤钻头和旋转钻头）中，用于破碎和穿透坚硬的岩层。其形状和材料特性使其能够承受极端条件，包括高冲击力和磨蚀性岩石表面，同时保持工具的完整性和性能。
硬质合金球齿在采矿、隧道开挖、采石和地热钻探等行业中发挥着至关重要的作用，高效的岩石破碎对提高生产力至关重要。这些行业依靠高性能硬质合金球齿来延长刀具使用寿命、减少停机时间，并在各种地质环境下实现更快的钻进速度。
什么是球齿硬质合金？
硬质合金齿是指特殊形状的硬质合金刀片（通常为球形、锥形或弹道形），集成到凿岩工具中以增强切削和冲击性能。这些“齿”经过精心设计，可承受严苛的凿岩作业条件，兼具耐用性、韧性和耐磨性。
该材料本身是由碳化钨 (WC) 和金属粘合剂（通常为钴 (Co)）组成的复合材料。碳化钨具有极高的硬度和耐磨性，而钴粘合剂则具有韧性和吸收冲击载荷的能力。这种组合确保钻柱即使在钻孔过程中产生的高应力、振动和热量下也能保持其结构完整性。
“钮扣”形状不仅是为了便于制造，更是一项关键的设计特征。与扁平或棱角形齿不同，钮扣形状能够更均匀地分散应力，并降低与岩石发生高冲击接触时崩刃或开裂的风险。其圆润的几何形状还能在钻孔过程中实现自锐化，从而实现更持久稳定的性能。
总之，球齿硬质合金是一种专用解决方案，它结合了材料科学和设计工程，可满足采矿、建筑和能源勘探等行业对凿岩的极端需求。
硬质合金球齿的关键特性
球齿硬质合金以其卓越的材料性能而闻名，非常适合严苛的凿岩环境。这些性能源于精心设计的成分和精准的制造工艺，旨在平衡硬度、韧性和热稳定性。
极高的硬度和耐磨性
其性能的核心在于碳化钨的卓越硬度，莫氏硬度约为9，仅次于钻石。这种极高的硬度使硬质合金齿尖能够承受与磨蚀性岩石表面的持续接触，从而显著减少磨损并延长刀具使用寿命。在高摩擦钻井条件下，这一特性对于长期保持切削效率至关重要。
冲击钻孔所需的高冲击韧性
凿岩作业通常涉及强烈的冲击力，尤其是在潜孔钻 (DTH) 和顶锤钻等应用中。球齿硬质合金采用最佳的钴粘合剂比例和晶粒尺寸，能够吸收冲击力，不会开裂或断裂。这种韧性即使在循环载荷和突发冲击下也能确保可靠性，防止工具过早失效。
耐热性和抗变形性能
钻孔过程中，摩擦和压缩会产生大量热量。硬质合金在高温下仍能保持结构稳定性，不易热软化或变形。这种耐热性使刀具在长时间钻孔作业中，尤其是在深孔或高压环境下，仍能保持锋利度和尺寸完整性。
如何选择正确的等级和形状？
选择合适的硬质合金牌号和形状对于实现最高的钻进效率、刀具寿命和成本效益至关重要。不同的钻进条件和岩石类型需要定制硬质合金规格，以优化性能。
按钮形状与岩石硬度匹配
碳化物按钮的几何形状在其与岩石的相互作用中起着关键作用：
- 球形钻头非常适合用于非常坚硬或磨蚀性岩石的凿岩。其坚固的形状能够均匀分散冲击力，并防止破碎。
- 由于弹道或抛物线按钮具有更锋利的几何形状，因此它们可以在中等至软岩石中提供更快的穿透速度，尽管它们在磨蚀性条件下磨损得更快。
- 锥形钻柱在抗冲击性和钻进速度之间取得了平衡，常用于通用钻孔。
选择正确的形状不仅能确保工具有效穿透，还能避免过早失效。
晶粒尺寸和钴含量考虑因素
- 细粒碳化物提高了硬度和耐磨性，使其适用于高精度或磨料应用。
- 粗粒碳化物增加了韧性，使其更适合冲击密集的环境。
- 钴含量越高，韧性越高，但硬度越低；钴含量越低，则韧性越低。合适的平衡取决于钻孔需要更高的耐磨性还是抗冲击性。
特定应用的建议
- 硬岩（例如花岗岩、玄武岩）：使用粗颗粒和钴含量较高的球形按钮，以确保在高应力下的耐用性。
- 中等岩石（例如石灰岩、片岩）：标准等级的弹道或锥形按钮效果很好，在韧性和切割速度之间实现了平衡。
- 软岩（例如砂岩、粘土岩）：颗粒细腻、钴含量较低的锋利按钮可以实现更高的穿透力，而不会过度磨损。
硬质合金球齿钻头的齿形
硬质合金球齿钻头的齿形分为半球形球齿、锥形球齿、抛物线形球齿、楔形球齿四种。
1、在液压凿岩机冲击功率足够的情况下，半球形键齿能量利用率高，破岩效果好，硬质合金键齿强度高、耐磨，更适合石油钻井。半球形键齿用于镶嵌凿岩冲击钻头、潜孔钻头、石油钻头，适用于非常坚硬的岩层。
2. 锥形硬质合金球齿易于钻入岩石，且钻进速度较高。在冲击能量不足（风力凿岩机风压不足、液压凿岩机性能发生变化等）时，锥形球齿工作效率更高，但耐磨性较差。锥形球齿常用于镶嵌凿岩冲击钻头、潜孔钻头和石油钻头，适用于坚硬岩层。
3、抛物线形键齿是介于圆锥形和半球形键齿之间的一种皇冠形状，主要用于镶嵌潜孔钻头和牙轮钻头，适用于中硬岩层。
4、楔形齿主要用来镶嵌异形潜孔钻头和牙轮钻头，适用于软岩地层，要求转速高，断齿率低。
结论
球齿硬质合金在凿岩作业中发挥着关键作用，确保钻具能够承受最严苛的环境并保持稳定的性能。其卓越的硬度、抗冲击性和热稳定性使其成为采矿、隧道开挖和采石等行业应用中不可或缺的材料。
硬质合金球齿对钻井效率的影响是深远的——它能够承受高钻进力和高磨蚀性条件，从而实现更快的钻进速度、更少的停机时间并延长钻具的使用寿命。这反过来又能降低整体钻井成本，提高操作人员的安全性，并提高企业的生产力。
通过选择正确的等级、形状和供应商的球形硬质合金产品，各行业可以显著提高其钻井作业效率，并在具有挑战性的岩层中保持竞争优势。
