JPS6360387A - 切削要素及びそれを形成する方法 - Google Patents

切削要素及びそれを形成する方法

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JPS6360387A
JPS6360387A JP62208042A JP20804287A JPS6360387A JP S6360387 A JPS6360387 A JP S6360387A JP 62208042 A JP62208042 A JP 62208042A JP 20804287 A JP20804287 A JP 20804287A JP S6360387 A JPS6360387 A JP S6360387A
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cutting element
mixture
core
tungsten carbide
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JP62208042A
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ジェラルド　ロバート　アブラハムソン
アーネスト　ジョン　ドウウエル
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3M Co
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Minnesota Mining and Manufacturing Co
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Publication date
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K5/00—Making tools or tool parts, e.g. pliers
    • B21K5/02—Making tools or tool parts, e.g. pliers drilling-tools or other for making or working on holes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/56—Button-type inserts
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は岩石に穴をあ【プるようになっている回転ドリ
ルビットに使用する切削要素又は挿入体、及び該切削要
素を形成する方法に関する。
従来の技術 岩石に穴をあけるようになっている回転ドリルビットに
使用する切削要素又は挿入体は通常は約１５〜１７％の
コバルトと炭化タングステンとの焼結混合物で全体的に
作られている。そのような切削要素は靭性をもちかつ破
損に耐える（穿孔作業中の切削要素の破損は許され得な
いので）が、所望されるほどには耐摩耗性がない。炭化
タングステンと約９〜１１％のコバルトとの焼結混合物
はコバルトを１５〜１７％の範囲で含む混合物よりもか
なり人きいｆｒ４摩耗性を有するが、この耐摩耗性炭化
タングステンは破噴しやすいので切削要素全体を作るた
めに使用し得ない。このため、米国特許第４．３５９，
３３５号に記載されているように、上記したような靭性
ある炭化タングステンの体部上に上記したような耐摩耗
性炭化タングステンの被着パッドを取付けて両省の利点
を一つ゛の切削要素に与える試みがなされている。米国
特許第４．３５９．３３５号に記載されているように、
これは、最初に在÷子÷各毎；１↓＃約１５トン／平方
インチ矛の圧力で第一のダイス空所ヴに炭化タングステ
ン及び約９〜１１％のコバルトの混合物を圧縮して被着
パッドを作り、この圧縮された未焼結の被着バッドを第
二のダイス空所中に配置し、炭化タングステン及び約１
５〜１６％のコバルトの第二の混合物を第二のダイス空
所中のパッドの上に配置し、第二の混合物を単井含≠耐
４−ラ呼芒うム弁約１５トン／平方インチ〃の圧力でダ
イス中へ圧縮し、かつ次にこの組合せ体を焼結して切削
要素又は挿入体を作ることによって１１われでいる。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、この方法による我々の経験では、それは
切削要素の基礎部分を受入れる回転ドリルビットのソケ
ットから突出する切削要素の先端部分の表面上に小さい
被着バッドを充分に接合するが、パッドの周りの靭性あ
る炭化タングステンの部分が切削され又は破砕される岩
石に接触しかつ被着バッドに比べて急速に摩耗し、この
ため被着バッドの支持が失われてパッドが離脱する。
我々が米国特許第４，３５９，３３５号に記載されてい
る方法を用いて耐摩耗性炭化タングステン材料によって
完全に又は殆ど完全に覆われかつクラウン付けされた切
削要素の先端部分を作る試みをした時、焼結加工中に耐
摩耗性クラウン及び下にある靭性炭化タングステン材料
の基礎部分の間の界面に空隙が形成され、かつ切削要素
が許容し得ないほどクラウンが使用中に１１ｔｒｌｌす
る強い傾向をもっていた。
問題点を解決するための手段、作用及び発明の効果 本発明は、靭性ある炭化タングステン材料の休部及び耐
摩耗性の炭化タングステン材料のクラウンを有する切削
要素であって、靭性ある炭化タングステン材料だけで作
られた切削要素よりもその端部分における高い耐摩耗性
と靭性の両方を有する切削要素を作る方法を提供する。
本発明によれば、回転ドリルビットのソケット中に挿入
されるようになっている基礎部分と、ソケットから突出
するようになっている先端部分とを有する切削要素を作
る方法が提供される。この方法は、１）炭化タングステ
ン粉末と、クラウン混合物の４〜１１％（好ましくは９
〜１１％）の範囲にあるコバルト粉末とのクラウン混合
物を混合し、２）炭化タングステン粉末と、芯混合物の
約１２〜１７％（好ましくは１５〜１７％）の範囲にあ
るコバルト粉末との芯混合物を混合し、３）形成すべき
切削要素の形状にほぼ近い空所を有するダイスを用意し
、４）約４２に９／ｃｍ２　（約６００ポンド／平方イ
ンチ）より小さい圧力を用いて切削要素の先端部分の外
方表面の少なくとも大部分を画成するクラウンの形状に
クラウン混合物の宣を空所中に配置し、５）基礎部分の
殆ど全て及び切削要素の先端部分の少なくとも内方部分
を形成するに充分な湯の芯混合物を空所中に配置し、二
つの量のクラウン及び芯混合物を一緒に　　　、デ芒う
晋ヂｊ↓千約１０〜１５トン／平方インチ７の範囲の圧
力でダイス中へ圧縮し、かつＩ）圧縮された挿入体を（
例えば約６０分間約１５００℃で）焼結して切削要素を
作る段階を有する。
この方法で作られた先端の内方部分及び切削要素のクラ
ウンの間の界面は空隙のないことが判明しかつ約６５倍
に拡大して見た時不規則性が目視され、この不規則性は
明らかに本発明による切削要素によって証明された内方
部分及びクラウンの間の強い付着を促進する。
また、クラウン混合物中の炭化タングステン粉末は好ま
しくは約６ミクロンより小さい（好ましくは約１〜１．
５ミクロンの）粒度を有し、それがクラウンの耐摩耗性
を増し、かつ芯混合物中の炭化タングステン粉末は好ま
しくは５〜１０ミクロンの粒度を有し、それが基礎部分
及び先端の内方部分の靭性を増す。
好ましくは、クラウンはり礎部分及び先端部分の軸線方
向に測った最大厚さが先端部分の軸線方向高さの約５０
％であり、それにより切削要素が使用不能になるほど摩
耗するまでクラウンを形成する材料だけが切削され又は
破砕される岩石に係合する。
本発明は添付図面を参照して更に説明される。
実施例 第１図及び第２図を参照すると、参照符号１０で全体的
に指示された本発明による切削要素が図示されている。
切削要素１０は回転ドリルビット１４のソケット中に挿
入されるようになっている円筒状基礎部分１２と、ソケ
ットから突出するようになっている先端部分１６とを含
み、この先端部分１６は、切削要素１０の軸線に関して
約３５度の角度で配置された全体的に円錐形端表面部分
１９と、約７０度の夾角を形成する平らな前及び後表面
部分１７と、前及び後表面部分１７を連結する弓形末端
表面部分１８（例えば０．１５ｃｍ　（０，０６インチ
）の半径）とを有する。切削要素１０は、約５〜１０ミ
クロン（好ましくは約６ミクロン）の範囲の粒度を有す
る炭化タングステン粉末及び小間で芯混合物の約１２〜
１７％（好ましくは約１５〜１７％）の範囲にあるコバ
ルト粉末の焼結された芯混合物から作られた靭性ある芯
材料であって、基礎部分１２の大部分及び先端部分１６
の内方部分２０を形成する芯材料と、約６°ミクロンよ
り小さい（好ましくは約１〜１．５ミクロンの）粒度を
有する炭化タングステン粉末及び重量でクラウン混合物
の約４〜１１％（好ましくは９〜１１％）の範囲にある
コバルト粉末の焼結されたクラウン混合物から作られた
耐摩耗性クラウン材料であって、内方部分２０を覆いか
つ先端部分１６の外方即ち切削表面を画成するクラウン
２２を形成しかつ１１１部分１６の上方端に僅かに沿っ
て延び、それによりクラウン２２だＣノを岩石切削又は
破砕作用のために露出させてクラウン２２がドリルビッ
ト１４のソケット中へ僅かに延びるようにした耐摩耗性
クラウン材料とを右する。芯材料及びクラウン材料の間
の界面２３は第３図に示したように空隙をもたず、かつ
断面にして約６５倍に拡大して観察した時その長さに沿
って不規則性が目視され、それがクラウン材料を芯部材
りに保持するのを促進する。
第１図から第３図に示された切削要素１０を形成するた
めの新規な方法の段階の幾つかが第４図から第６図に略
図的に示されている。
約６ミクロンより小さい粒度を有する炭化タングステン
粉末及びクラウン混合物２４の約４〜１１％の範囲のコ
バルト粉末のクラウン混合物２４を混合し、かつ約５〜
１０ミクロンの範囲の粒度を有する炭化タングステン粉
末及び芯混合物２６の約１２〜１７％の鉋囲のコバルト
粉末の芯混合物２６を混合した後、その方法は、形成さ
れる切削要素１０の形状にほぼ近い（しかし焼結中の収
縮のためそれより僅かに大きい）空所３０を有するダイ
ス２８（第４図）を準備し、形成される形状にほぼ近い
形状の先端を有するポンチ３２（第５図）を挿入しかつ
約４２に９／Ｊ（約６００ポンド／平方インチ）の圧力
をクラウン混合物２４に加えてポンチ３２の除去後にそ
れをクラウンの形に保￥１１ｊるための力をポンチ３２
に加えることによって切削要素１０の先端部分１６のた
めの外方表面を画成するクラウン２２の形状にクラウン
混合物２４の母を空所３０中に配置し、基礎部分１２の
殆んど全て及び切削要素１０の先端部分１６の内方部分
２０を形成するに充分なｍの８註合物２６（第６図）を
空所３０中に配置し、二つの長のクラウン及び芯混合物
２４及び２６をラム３４によるなどして、 ！約１０〜１５トン／平方インチクの圧力で一緒にダイ
ス２８中へ圧縮し、クラウン及び芯混合物２４及び２４
及び２６の圧縮された組成物をダイス２８から取出し、
かつ圧縮された組成物を（例えば約６０分間約１４００
℃で）焼結して切削要素１０を作る別の段階を有り“る
。
拠 例示的な非限定的な例として、１．６ミクロンの炭化タ
ングステンの８９中串％、炭化タングステンの粒子成長
を抑υ１′１′る助けをする１％の炭化タンタル、及び
パラフィンろう結合剤（例えばパラフィンろうは重量で
クラウン混合物２４の約１％であるが他の成分の百分率
を決めるためにはクラウン混合物２４０部分と考えない
）によって小球形状の状態に保たれた１０％のコバルト
を含むクラウン混合物２４をダイス２８の空所３ｏ中に
挿入することによって複数個の切削要素１０をそれぞれ
作った。このクラウン混合物２４は、クラウン混合物２
４を作るために約３５Ｋｙ／α２　（約５００ポンド／
平方インチ）を生じるように計砕された約１２３＃（約
２５０ポンド）の力を用いてダイス２８の端部分に沿っ
て約０．６３５ｃｒＲより小さい最大厚さの層をポンチ
３２によって成形した。次に、１６重量％のコバルトを
混合した８４重世％の６．４ミクロンの炭化タングステ
ンを有しかつパラフィンろうで小球形状に保たれた芯混
合物２６で満たされた。次に、両温合物２４及び２６は
空温で腎デテ苧井芒吾↓井１２トン／平方インデクの圧
力でラム３４によってダイス２８中へ圧縮された。圧縮
された組成物は次にダイス２８から取出して約１４２５
℃で約１時間焼結した。
このようにして作られた切削要素１０は切削要素の軸線
方向に力を加えることによって破砕強さを試験し、かつ
約８８９２　Ｋｇ　（約１８０００ポンド）の負荷に耐
えることが分かった。これは芯混合物２６だけで作られ
た同形状の通常の切削要素が同じ試験で約５９２１ｇ（
約１２０００ポンド）の負荷に耐え得るにすぎないこと
と有利に比較される。単一列岩石切削試験機で行った比
較摩耗試験は、芯混合物２６だけで作られた前記した通
常の切削要素で０．１６５１（０，０６５インチ）の摩
耗があったのと比較して、本発明による切削要素１０が
約０．０６８ｃｊＩ（約０．０２フインチ）だけ摩耗し
たことを示した。また、８氾合物２６だけで作られた前
記した通常の切削要素と一緒に本発明による切削要素１
０を岩石ドリルに挿入しかつ１０５０ｍ　（３５００フ
イート）より深い穴を穿孔するために使用した。通常の
切削要素は不明瞭な円錐形状に摩耗したが、本発明によ
る切削要素１０は仝休としてそれらの元の歯の輪郭を保
持した。
本発明による切削要素及びそれを作る新規な方法をその
一つの実施例を参照して説明した。多くの変更が本発明
の範囲から逸脱せずに前記した実施例になし得ることは
当業者に明らかであろう。
例えば、切削要素のクラウンはその全先端部分を覆わず
、切削要素の先端部分及び基礎部分の間の接合部のやや
上方で終端することができる。それ故、本発明の範囲は
ここで特に説明した構造及び方法に限定されるべきでな
く、特許請求の範囲の範囲に記載された方法及び構造及
びそれら方法及び構造に均等なものによってのみ限定さ
れるべきである。
【図面の簡単な説明】
第１図は回転ドリルビットの部分に取付けられて図示さ
れた本発明による切削要素の垂直側面図であり、第２図
は第１図に示された切削要素の垂直前面図であり、第３
図は約６５倍に拡大した第１図の切削要素のクラウン及
び先端の内方部分の間の界面の図であり、第４図、第５
図及び第６図は第１図、第２図及び第３図に図示された
切削要素を作るために用いられる方法の段階を連続的に
例示し、細部を図示するために断面にした部分を有する
図である。 １０・・・切削要素、　　　　　１２・・・基礎部分、
１４・・・回転ドリルビット、１６・・・先端部分、２
０・・・内方部分、　　　　２２・・・クラウン、２４
・・・クラウン混合物、　２６・・・芯混合物、２８・
・・ダイス、　３ｏ・・・空所、　３２・・・ポンチ。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）回転ドリルビツト（１４）のソケツトに挿入され
    るようになつている基礎部分（１２）と、ソケツトから
    突出するようになつている先端部分（１６）とを含む切
    削要素（１０）において、炭化タングステン粉末及びコ
    バルト粉末の芯混合物を焼結することによつて形成され
    る靭性ある芯材料であつて、コバルト粉末が重量で芯混
    合物の約１２〜１７％を形成し、前記芯材料が前記基礎
    部分（１２）の大部分及び前記先端部分（１６）の内方
    部分（２０）を形成する芯材料と、炭化タングステン粉
    末及びコバルト粉末のクラウン混合物を焼結することに
    よつて形成される耐摩耗性のクラウン材料であつて、該
    コバルト粉末が重量でクラウン混合物の約４〜１１％を
    形成し、前記クラウン材料が前記内方部分（２０）を覆
    いかつ前記先端部分（１６）の外方表面の少なくとも大
    部分を画成するクラウン材料とを有し、前記芯材料及び
    前記クラウン材料の間の界面が空隙をもたずかつ前記先
    端部分（１６）を断面にして約６５倍の拡大率で見た時
    その長さに沿つて不規則を目視でき、それにより前記ク
    ラウン材料が岩石の切削中に前記内方部分（２０）に確
    実に保持される切削要素。
  2. （２）特許請求の範囲第１項による切削要素（１０）に
    おいて、前記芯混合物が約５〜１０ミクロンの範囲の粒
    度を有しかつ前記クラウン混合物が約６ミクロンより小
    さい粒度を有することを特徴とする切削要素。
  3. （３）特許請求の範囲第１項による切削要素（１０）に
    おいて、前記クラウン材料が前記先端部分（１６）の軸
    線方向高さの約５０％の最大厚さを有することを特徴と
    する切削要素。
  4. （４）特許請求の範囲第１項による切削要素（１０）に
    おいて、前記クラウン材料が前記先端部分（１６）の全
    外方表面を画成することを特徴とする切削要素。
  5. （５）回転ドリルビツト（１４）のソケツトに挿入され
    るようになつている基礎部分（１２）と、ソケツトから
    突出するようになつている先端部分（１６）とを有する
    切削要素（１０）を形成する方法において、該方法が、 炭化タングステン粉末及びコバルト粉末のクラウン混合
    物（２４）であつて、重量で該混合物の約４〜１１％の
    範囲にあるコバルト粉末を有するクラウン混合物（２４
    ）を混合することと、炭化タングステン粉末及びコバル
    ト粉末の芯混合物（２６）であつて、該混合物の約１２
    〜１７％の範囲にあるコバルト粉末を有する芯混合物（
    ２６）を混合することと、 形成される切削要素（１０）の形状にほぼ近い３空所（
    ３０）を有するダイス（２８）を準備することと、 約４２ｋｇ／ｃｍ＾２（約６００ポンド／平方インチ）
    より少ない圧力を用いて切削要素（１０）の先端部分（
    １６）のための外方表面の少なくとも大部分を画成する
    クラウン（２２）の形状にクラウン混合物（２４）の量
    を空所（３０）中に配置することと、 切削要素（１０）の先端部分（１６）の少なくとも内方
    部分（２０）及び基礎部分（１２）の殆ど全てを形成す
    るに充分な量の芯混合物（２６）を空所（３０）中に配
    置することと、 二つの量の混合物（２４、２６）を 約１０〜１５トン／平方イ ンチの範囲の圧力で一緒にダイス（２８）中へ圧縮する
    ことと、 圧縮された挿入体を焼結して切削要素（１０）を形成す
    ることと、 を含む切削要素を形成する方法。
JP62208042A 1986-08-22 1987-08-21 切削要素及びそれを形成する方法 Pending JPS6360387A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US899529 1986-08-22
US06/899,529 US4705124A (en) 1986-08-22 1986-08-22 Cutting element with wear resistant crown

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JPS6360387A true JPS6360387A (ja) 1988-03-16

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US (1) US4705124A (ja)
EP (1) EP0257869B1 (ja)
JP (1) JPS6360387A (ja)
KR (1) KR880002597A (ja)
CA (1) CA1288416C (ja)
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