ООО «Завод технической керамики», Апрелевка, Россия:

Р. Ю. Куфтырев, начальник технологического отдела

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:
О. С. Котельникова, инженер научно-исследовательской лаборатории сверхтвердых материалов
А. И. Лаптев, главный научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории сверхтвердых материалов, эл. почта: laptev@misis.ru
М. Н. Сорокин, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории сверхтвердых материалов

В настоящей работе проводили изучение характера износа режущих элементов PCD марки GES 1313 фирмы Е6 в виде цилиндров диаметром 13,44 мм и высотой 13 мм при резании абразивных кругов марки 64С (SiC) методом токарной обработки при различных подачах и глубинах резания с целью разработки рекомендаций по условиям испытания PCD режущих элементов на износостойкость. За характеристики износостойкости принимали отношение убыли объема абразивных кругов к убыли массы алмазного слоя, зависимость этого показателя от степени затупления PCD-резцов, зависимость относительного объемного износа алмазного слоя PCD при резании абразивного круга от степени износа PCD. В первом случае износостойкость оценивается в см³/мг, во втором случае в относительных единицах, равных отношению объема изношенной части абразивных кругов к объему изношенной части алмазного слоя. Базовыми режимами испытаний при резании абразивных кругов были приняты: скорость резания 500 м/мин, подача 0,1 мм/об, глубина резания 0,1 мм. Такие режимы определения износостойкости алмазных композиционных материалов при резании абразивных кругов являются общепринятымии позволяют проводить сравнение износостойкости различных алмазных композиционных материалов. Для сравнительных испытаний проводили измерение износостойкости монокристаллических алмазов, полученных с помощью CVD марки CDD L500808 фирмы Е6. Для определения объема снятого материала абразивных кругов измеряли диаметры заготовок до и после цикла испытаний. Убыль массы алмазного слоя определяли по градуировочному графику или прямым взвешиванием. В результате изучения процесса резания режущими элементами PCD марки GES 1313 установлено, что объемный износ абразивных кругов марки 64С пропорционален убыли массы PCD-композита до образования площадки износа размером 1,4 мм по задней поверхности резца, коэффициент пропорциональности равен 111. Значение износостойкости PCD-композита составило 114 см³/мг, и оно не зависит в широких пределах от подачи (0,1–0,7 мм/об) и глубины резания (0,1–0,2 мм). Относительная износостойкость PCD режущих элементов при резании абразивных кругов по отношению к абразивным кругам равняется (4–5)·10⁵ и не завит от степени его затупления по задней поверхности до значения 1,4 мм. Испытания на износостойкость методом точения абразивных кругов марки 64С могут быть рекомендованы в качестве экспресс-метода определения износостойкости PCD-композитов.

Данная работа выполнена в рамках федерального целевого проекта программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы» по ПНИ «Разработка технологии получения наноструктурированных материалов для несущих подложек с высокой ударной вязкостью» в рамках Соглашения о предоставлении субсидии № 14.579.21.0093 от 27.07.2015 г. (уникальный идентификатор соглашения RFMEFI57915X0093) по комплексному проекту «Разработка технологии изготовления высокоэффективных долот горизонтального и наклонного бурения для нефтегазовой отрасли».

1. Scott D. E. The history and impact of synthetic diamond cutters and diamond enhanced inserts on the oil and gas industry // Industrial Diamond Review. 2006. No. 1. P. 48–58.
2. Zakharova E. S., Markova I. Yu., Maslov A. L., Polushin N. I. Morphology of powders of tungsten carbide used in wearresistant coatings and deposition on the PDC drill bits // Journal of Physics: Conf. Series. 2017. Vol. 857. DOI: 10.1088/1742-6596/857/1/012058
3. Zacny K. Fracture and fatigue of polycrystalline-diamond compacts // Society of Petroleum Engineers. 2012. Vol. 27 (1). Р. 145–157.
4. García-Marro F., Mestra A., Kanyanta V., Maweja K., Ozbayrak tar S., Llanes L. Contact damage and residual strength in polycrystalline diamond (PCD) // Diamond and Related Materials. 2016. No. 65. P. 131–136.
5. Bugakov V. I., Laptev A. I. Manufacture of drill bits from new diamond materials at high pressures and temperatures // Steel in Translation. 2017. Vol. 47, No. 1. P. 12–16.
6. Yahiaoui M., Gerbaud L., Paris J.-Y., Denape J., Dourfaye A. A study on PDC drill bits quality // Wear. 2013. Vol. 298/299. P. 32–41.
7. Сергейчев К. Ф. Алмазные CVD-покрытия режущих инструментов (обзор) // Успехи прикладной физики. 2015. Т. 3, № 4. С. 342–376.
8. Ишбаев Г. Г., Вагапов С. Ю. Современные элементы КНБК от компании «БУРИНТЕХ» // Бурение и нефть. 2012. № 6/7. С. 44–46.
9. Диатех. Алмазные резцы для нефтяной и газовой промышленности компании Element Six. URL : http://www.intechdiamond.com/almaznye-reztsy-dlya-neftyanoj-i-gazovojpromyshlennosti-kompanii-element-six.html
10. Garcia-Marro F., Mestra A., Kanyanta V., Maweja K., Ozbayraktar S., Llanes L. Contact damadge and residual strength in polycristalline diamond (PCD) // Diamond and related materials. 2016. No. 65. P. 131–136.
11. Ненашев М. В., Ибатуллин И. Д., Журавлев А. Н., Косулин С. И. Технические средства и методики входного контроля качества PDC зубков алмазных буровых долот // Известия Самарского НЦ РАН. 2011. Т. 13, № 4 (3). С. 835–838.
12. Полушин Н. И., Овчинникова М. С., Сорокин М. Н. Снижение содержания металлов в алмазном слое поликристаллов PCD методом химического и электрохимического травления // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2017. № 2. С. 30–34.
13. Pat. 20140352228 US. Method of processing polycrystalline diamond material / Humphrey Samkelo Lungisani Sithebe, Andrew Ndlovu ; fil. 20.12.2012 ; publ. 04.12.2014.
14. Лаптев А. И. Методы испытаний и механические свойства синтетических поликристаллических алмазов «карбонадо» // Материаловедение. 2001. № 8. С. 18–21.