碳化鎢水刀噴嘴的磨損

使用水刀切割鑽進硬岩被認為是提高硬質合金刀片工作壽命的有效方法。本文就YG6碳化鎢水刀噴嘴在石灰岩鑽孔中的磨損試驗做簡要介紹。實驗結果表明，水刀壓力和噴嘴直徑對碳化鎢水刀切割噴嘴的磨損有重要影響。

一、水刀簡介

水射流是一種具有高速和壓力的液體束，用於切割、整形或開孔。由於水刀系統簡單，成本也不是很昂貴，因此被廣泛用於金屬加工和醫療手術。硬質合金以其獨特的硬度、韌性和低廉的價格組合成為機械加工和採礦工具中的主要材料。然而，硬質合金刀具在硬岩鑽孔中損壞嚴重。如果使用水射流輔助鑽頭，它可以沖擊岩石以減少刀片力並交換熱量以冷卻刀片溫度，因此，這將是提高硬質合金刀片使用壽命的有效方法。水射流用於岩石鑽井。

2. 材料和實驗步驟

2.1 材料

本實驗所用材料為YG6硬質合金水刀噴嘴和硬質材料石灰石。

2.2 實驗步驟

本實驗在室溫下進行，實驗中鑽孔速度為120 mm/min，滾壓速度為70轉/min，持續時間為30 min，旨在研究射流壓力、噴嘴直徑、硬質合金水刀切割管磨損特性研究

3。結果與討論

3.1.水射流壓力對硬質合金刀片磨損率的影響

結果表明，在沒有水射流的情況下，磨損率很高，但當水射流加入後，磨損率急劇下降。隨著射流壓力的增加，磨損率降低。然而，當射流壓力超過 10 MPa 時，磨損率緩慢下降。

磨損率受葉片的機械應力和溫度的影響，水射流有助於降低機械應力和溫度。

較高的噴射壓力還可以提高熱交換效率以降低工作溫度。當水射流流過葉片表面時發生熱傳遞，具有冷卻效果。這個冷卻過程可以近似地看成是平板外的對流換熱過程。

3.2.噴嘴直徑對硬質合金刀片磨損率的影響

噴嘴直徑越大，意味著衝擊面積越大，對石灰石的衝擊力越大，有助於減小葉片所受的機械力，減輕葉片的磨損。結果表明，磨損率隨著鑽頭噴嘴直徑的增加而降低。

3.3.水射流硬質合金刀片鑽岩磨損機理

硬質合金刀片在水射流鑽孔中的失效類型與在乾式鑽孔中的失效類型不同。同一倍率範圍內水射流鑽孔實驗未發現嚴重裂隙，表面主要表現為磨損形貌。

主要有三個原因可以解釋不同的結果。首先，水射流可以有效降低表面溫度和熱應力。其次，水射流提供衝擊力使石灰石破碎，有助於減小刀片上的機械力。因此，可引起嚴重脆性斷裂的熱應力和機械應力之和可能低於材料強度刀片在用水鑽孔。第三，更高壓力的水射流可以形成相對較冷的水層來潤滑刀片，並可以像拋光機一樣沖走岩石中的堅硬磨料顆粒。因此，水刀鑽削的刀片表面比干式鑽削的刀片表面光滑得多，隨著水刀壓力的增加，磨損率會降低。

儘管避免了大範圍的脆性斷裂，但在用水射流鑿岩中，刀片仍會出現表面損壞。

硬質合金刀片在石灰岩水刀鑽孔中的磨損過程可分為兩個階段。最初，在水下射流輔助條件下，葉片邊緣出現微裂紋，這可能是由局部機械磨損和閃蒸溫度引起的熱應力引起的。 Co相比WC相軟很多，容易磨損。所以當刀片碾磨岩石時，Co相首先被磨損，隨著顆粒被水射流沖走，顆粒之間的孔隙率變大，刀片表面變得更加不平整。

然後，這種微表面損傷從邊緣向葉片表面中心擴展。並且這種拋光過程從刃面的邊緣一直持續到中心。當鑽頭連續鑽入岩石時，由於閃蒸溫度引起的機械磨損和熱應力，邊緣的拋光錶面會形成新的微裂紋，然後延伸到刀片表面的中心。

因此，這種粗磨-拋光過程不斷地從刀面的邊緣向中心重複，刀片會越來越薄，直到無法工作。

4。結論

4.1 水刀壓力對硬質合金鑽頭在水刀鑿岩中的磨損率有重要影響。磨損率隨著射流壓力的增加而降低。但磨損率的下降速度並不均勻。當射流壓力超過 10 MPa 時，下降越來越慢。

4.2 合理的噴嘴結構可以提高硬質合金刀片的耐磨性。此外，增加噴嘴的直徑可以降低葉片的磨損率。

4.3 表面分析表明，硬質合金刀片在石灰岩水射流鑽孔中表現出脆性斷裂、晶粒拔出和拋光的循環作用，從而引起材料去除過程。

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