NO793434L - INSERT FOR WORKPLACE AREAS AND MANUFACTURING PROCEDURES - Google Patents
INSERT FOR WORKPLACE AREAS AND MANUFACTURING PROCEDURESInfo
- Publication number
- NO793434L NO793434L NO793434A NO793434A NO793434L NO 793434 L NO793434 L NO 793434L NO 793434 A NO793434 A NO 793434A NO 793434 A NO793434 A NO 793434A NO 793434 L NO793434 L NO 793434L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- insert
- stated
- powder
- base material
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 50
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 49
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 37
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 31
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 11
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 10
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- INZDTEICWPZYJM-UHFFFAOYSA-N 1-(chloromethyl)-4-[4-(chloromethyl)phenyl]benzene Chemical compound C1=CC(CCl)=CC=C1C1=CC=C(CCl)C=C1 INZDTEICWPZYJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- QIJNJJZPYXGIQM-UHFFFAOYSA-N 1lambda4,2lambda4-dimolybdacyclopropa-1,2,3-triene Chemical compound [Mo]=C=[Mo] QIJNJJZPYXGIQM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910039444 MoC Inorganic materials 0.000 claims description 2
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 11
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 5
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 3
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 239000004482 other powder Substances 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004018 waxing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- E21B10/567—Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts
- E21B10/5676—Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts having a cutting face with different segments, e.g. mosaic-type inserts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P5/00—Setting gems or the like on metal parts, e.g. diamonds on tools
-
- 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
- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/10—Wear protectors; Centralising devices, e.g. stabilisers
- E21B17/1078—Stabilisers or centralisers for casing, tubing or drill pipes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
- Golf Clubs (AREA)
- Automobile Manufacture Line, Endless Track Vehicle, Trailer (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Mounting, Exchange, And Manufacturing Of Dies (AREA)
Description
Innsats for verktdys]iteflater og fremgangsmåte for fremstilling. Input for tool dis]ite surfaces and method of manufacture.
Oppfinnelsen vedrorer slitesterke innsatser for opptagelse i sliteflater på verktoy, f.eks. verktoy til bruk i bronnhullet i et oljefelt, som borestreng-stabilisatorer. Oppfinnelsen vedrorer spesielt innsatser av den type som omfatter blottlagte eller plantliggende, harde partikler som diamanter. The invention relates to wear-resistant inserts for inclusion in wear surfaces of tools, e.g. tools for use in the wellbore in an oil field, such as drill string stabilizers. The invention relates in particular to inserts of the type that include exposed or flat hard particles such as diamonds.
Det er kjent at sliteflåtene for visse verktoy, f.eks. bronn-hullverktoy som stabilisatorer, drillbor og rulleutvidere (roll-er reamer), kan forsynes med slitesterke innsatser som reduserer verktoyets nedslitning. Innsatsene er vanligvis presspasset i åpninger i verktoylegemet for å danne områder med særlig stor motstand mot avsliping. It is known that the wear strips for certain tools, e.g. bronn downhole tools such as stabilisers, drill bits and roll-er reamers can be fitted with wear-resistant inserts that reduce tool wear. The inserts are usually press-fitted into openings in the tool body to form areas with particularly high resistance to grinding.
Det er fremstilt innsatser av massivt materiale som sintret tungstencarbid, som utformes ved hjelp av kjente pulvermetallurgiteknikker. Det er også blitt foreslått å inkludere harde partikler, f.eks. diamanter, i den sintrede karbid i innsatsens blottlagte flate for fremstilling av en innsats med bedret mot-standskarakteristikk mot avsliping. Men fremstillingen av slike innsatser,særlig innsatser med diamanter, har vist seg å være meget kostbar. Inserts have been produced from solid material such as sintered tungsten carbide, which are designed using known powder metallurgy techniques. It has also been suggested to include hard particles, e.g. diamonds, in the sintered carbide in the exposed surface of the insert to produce an insert with improved resistance characteristics against grinding. But the production of such inserts, especially inserts with diamonds, has proven to be very expensive.
Ifolge oppfinnelsen er det tilveiebrakt en ny innsats for innsetting i et verktoylegemes sliteflate. Ved en spesiell utfbrel-se omfatter innsatsen (a) et legeme med minst en lomme utformet i den blottlagte flate og (b) en massiv grunnmasse, utformet i minst en lomme og intimt forbundet med lommeveggene, hvor grunnmassen inneholder minst en hard partikkel. According to the invention, a new insert has been provided for insertion into the wear surface of a tool body. In a particular embodiment, the insert comprises (a) a body with at least one pocket formed in the exposed surface and (b) a massive base mass, formed in at least one pocket and intimately connected to the pocket walls, where the base mass contains at least one hard particle.
Den harde partikkel i hver lomme kan være en naturlig diamant, som kan være anbrakt i det vesentlige i samme plan som den blottlagte flate av innsatslegemet eller kan rage frem fra den blottlagte flate for kutting. Flere harde partikler kan være anordnet i lag i hver lomme. Ved et foretrukket utforelseseksempel er legemet utformet som en sylinder med takkete kanter som letter legemets presspasning i en tilsvarende åpning i et verktoys sliteflate. Ved dette foretrukne utforelseseksempel har innsatsens blottlagte flate et antall lommer symmetrisk anordnet langs en sirkel som er konsentrisk med innsatsens ytterflate. The hard particle in each pocket may be a natural diamond, which may be located substantially flush with the exposed surface of the insert or may protrude from the exposed surface for cutting. Several hard particles may be arranged in layers in each pocket. In a preferred embodiment, the body is designed as a cylinder with serrated edges that facilitate the body's press fit in a corresponding opening in a tool's wear surface. In this preferred embodiment, the exposed surface of the insert has a number of pockets symmetrically arranged along a circle which is concentric with the outer surface of the insert.
Legemet kan utformes ved pulvermetallurgi av karbidpulver, som tungstenkarbid, eller det kan utformes av andre materialer, som verktoystål. Legemet kan videre omfatte et indre legeme som er forsynt med et belegg, som titaniumkarbonitrido The body can be formed by powder metallurgy of carbide powder, such as tungsten carbide, or it can be formed from other materials, such as tool steel. The body can further comprise an inner body which is provided with a coating, such as titanium carbonitride
Ifolge oppfinnelsen er det også tilveiebrakt en ny fremgangsmåte for fremstilling av en innsats av et innsatslegeme som har minst en lomme i sin blottlagte flate, hvilken fremgangsmåte omfatter folgende trinn: (a) fylling av lommen med et grunnmassepulver med minst According to the invention, there is also provided a new method for producing an insert of an insert body which has at least one pocket in its exposed surface, which method comprises the following steps: (a) filling the pocket with a base material powder with at least
en hard partikkel anbrakt i grunnmassepulveret,a hard particle placed in the base material powder,
(b) anbringelse av et bindemiddel nær grunnmassepulveret og (c) oppvarming av grunnmassepulveret og bindemidlet til en tilstrekkelig hoy temperatur for smelting av bindemidlet, slik at bindemidlet infiltrerer grunnmassepulveret. (b) placing a binder near the base powder and (c) heating the base powder and the binder to a sufficiently high temperature to melt the binder so that the binder infiltrates the base powder.
Det er således et grunntrekk ved foreliggende oppfinnelse å til-veiebringe en innsats tilpasset for presspasning i en åpning i et verktoys sliteflate for okning av verktoyflatens slitestyrke. Innsatsen kan omfatte et forholdsvis slitesterkt legeme tilpasset for presspasning i en tilsvarende åpning i verktbyets sliteflate. Det utformes lommer i innsatsens blottlagte flate, hvor harde partikler, som diamanter, holdes fast for å oke slite-flatens motstandskrakteristikk mot avsliping. It is thus a basic feature of the present invention to provide an insert adapted for press fitting in an opening in a tool's wear surface to increase the wear resistance of the tool surface. The insert can include a relatively durable body adapted for press fitting in a corresponding opening in the tool's wear surface. Pockets are formed in the exposed surface of the insert, where hard particles, such as diamonds, are held to increase the wear surface's resistance to grinding.
Et annet trekk ved oppfinnelsen er tilveiebringelse av en inn sats med en blottlagt flate med lommer, hvor lommene er fylt med et carbid-grunnmassepulver med minst en hard partikkel an-ordet i grunnmassen. Grunnmassepulveret ovnsbehandles i lommen med pulvermetallurgiteknikker. Ett aspekt ved dette trekk er at et bindemiddel, som en kopperlegering, kan infiltrere grunnmassepulveret under ovnsbehandlingen for dannelse av en massiv grunnmasse i intim kontakt med lommens vegger. Another feature of the invention is the provision of an insert with an exposed surface with pockets, where the pockets are filled with a carbide base material powder with at least one hard particle embedded in the base material. The base powder is oven treated in the pocket using powder metallurgy techniques. One aspect of this feature is that a binder, such as a copper alloy, can infiltrate the base powder during the kiln treatment to form a massive base in intimate contact with the walls of the pocket.
Ytterligere et trekk ved foreliggende oppfinnelse er tilveiebringelse av en fremgangsmåte for fremstilling av en innsats, hvor innsatslegemets lommer er fylt med et carbid-grunnmassepulver med diamanter anordnet i grunnmassepulveret og hvor grunnmassepulveret og bindemidlet ovnsbehandles ved temperaturer under den temperatur som forårsaker varmeskader på diamantene. A further feature of the present invention is the provision of a method for producing an insert, where the insert body's pockets are filled with a carbide base material powder with diamonds arranged in the base material powder and where the base material powder and the binder are oven-treated at temperatures below the temperature that causes heat damage to the diamonds.
Ytterligere fordeler og fordelaktige trekk ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av nedenstående, mer detaljerte beskrivelse, av noen utforelseseksempler av oppfinnelsen som er vist i teg-ningen, hvor Further advantages and advantageous features of the present invention will be apparent from the following, more detailed description of some embodiments of the invention shown in the drawing, where
fig. 1 er et oppriss av innsatslegemet,fig. 1 is an elevation of the insert body,
fig. 2 er et snitt etter linjen 2-2 i fig. 1,fig. 2 is a section along line 2-2 in fig. 1,
fig. 3 er en gjengivelse i storre målestokk av en lomme i innsatslegemet, som viser carbid-grunnmassepulveret, en diamant og bindemidlet på plass for ovnsbehandling, fig. 3 is an enlarged view of a pocket in the insert body, showing the carbide matrix powder, a diamond and the binder in place for furnace treatment;
fige4 viser lommen ifolge fig. 3 etter ovnsbehandling,Fig. 4 shows the pocket according to Fig. 3 after furnace treatment,
fig. 5 er en gjengivelse i likhet med fig. 4, som viser en lomme som inneholder en massiv grunnmasse med to lagvis anordnede diamanter, fig. 5 is a representation similar to fig. 4, showing a pocket containing a solid groundmass of two layered diamonds,
fig. 6 er en gjengivelse i likhet med fig. 4 og 5, som viser en lomme som inneholder en massiv grunnmasse med et stort antall små diamanter, fig. 6 is a representation similar to fig. 4 and 5, showing a pocket containing a massive groundmass with a large number of small diamonds,
fig. 7 er en gjengivelse i likhet med figurene 4,5 og 6, som vi- fig. 7 is a rendering similar to figures 4, 5 and 6, which we
ser en lomme som inneholder en massiv grunnmasse med en diamant som rager frem over grunnmassen for kutting, sees a pocket containing a solid base with a diamond protruding above the base for cutting,
fig. 8 viser en stabilisator med skuldre, hvor det er brukt forskjellige innsatstyper, av hvilke noen er fremstilt ifolge foreliggende oppfinnelse. fig. 8 shows a stabilizer with shoulders, where different insert types are used, some of which have been produced according to the present invention.
Det foretrukne utforelseseksempel av foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives under henvisning til fig. 1-4. Fig. 1 er et oppriss av innsatslegemet som benyttes ifolge foreliggende oppfinnelse. Innsåtslegemet 10 har i det vesentlige sylindrisk form og omfatter en plan, blottlagt flate 12, som er tilpasset for i det vesentlige å danne en fortsettelse av sliteflaten for et verktoy, når legemet 10 er presspasset i en tilsvarende åpning i verktoyets sliteflate. Legemet 10 omfatter videre et sylindrisk sideveggparti 16, en stort sett flat basis 18 og en skrådd ringflate 22 og 23 som forbinder sideveggen med basis. Sideveggen 16 har fortrinnsvis en takket kant som omfatter fremspring 26 og uttagninger 30. Takkingen letter presspassing av det inn-satte legeme i en tilsvarende åpning i sliteflaten, hvor materialet i verktoylegemet, vanligvis stål, kan deformeres inn i • takkingene for dannelse av en integrert sammenlåsing. The preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to fig. 1-4. Fig. 1 is an elevation of the insert body used according to the present invention. The insert body 10 is essentially cylindrical in shape and comprises a planar, exposed surface 12, which is adapted to essentially form a continuation of the wear surface of a tool, when the body 10 is press-fitted into a corresponding opening in the tool's wear surface. The body 10 further comprises a cylindrical side wall portion 16, a largely flat base 18 and an inclined annular surface 22 and 23 which connects the side wall to the base. The side wall 16 preferably has a serrated edge which includes protrusions 26 and recesses 30. The serrations facilitate press fitting of the inserted body into a corresponding opening in the wear surface, where the material of the tool body, usually steel, can be deformed into • the serrations to form an integrated interlocking.
Som tydeligst vist i fig. 2, er det anordnet et ovre, avsmalneti-de ringformet parti 34 og en sirkulær leppe 36 der den blottlagte flate 12 moter sideveggen 16. As most clearly shown in fig. 2, there is an upper, tapered ring-shaped part 34 and a circular lip 36 where the exposed surface 12 meets the side wall 16.
Ved det illustrerte utforelseseksempel omfatter den blottlagte flate 12 en ring med fem lommer 40, som er symmetrisk anordnet langs en sirkel som er konsentrisk med legemets 10 ytterflate. En indre lomme 44 er dannet ved sentrum av de konsentriske sirk-ler. Avstanden mellom lommene og deres form og plassering er ik-ke kritiske, forutsatt at det er god plass mellom lommene, slik at legemets strukturelle enhet ikke påvirkes. In the illustrated embodiment, the exposed surface 12 comprises a ring with five pockets 40, which are symmetrically arranged along a circle which is concentric with the outer surface of the body 10. An inner pocket 44 is formed at the center of the concentric circles. The distance between the pockets and their shape and location are not critical, provided that there is plenty of space between the pockets, so that the body's structural unity is not affected.
Fig. 3 illustrerer en enkelt lomme 44 som er fylt med et carbid-grunnmassepulver 50, en vesentlige kubiske diamant 52 og dekket med et bindemiddel* for grunnmassepulverets ovnsbehandling. Ved en foretrukket måte å gjennomfore oppfinnelsen på er grunn massepulveret et tungsten-carbidpulver. Bindemidlet 56 velges slik at det smelter for dét når ovnens maksimaltemperatur og derved infiltrerer grunnmassepulveret på kjent måte for dannelse av en fast grunnmasse som virker som en kontinuerlig fase for understbttelse av den harde partikkel. Ved et foretrukket utf 6-relseseksempel er bindemidlet en kopperlegering, f.eks. No. 16, fremstilt av Entectic Corporation. Ved det utforelseseksempel som er vist i fig. 3, er den harde partikkel i grunnmassen en enkelt, naturlig diamant 52, som kan ha en storrelse på ca. 1/10 karat. Diamanten er anordnet i grunnmassepulveret i det vesentlige i samme plan som den blottlagte flate 12. Fig. 3 illustrates a single pocket 44 which is filled with a carbide base powder 50, a substantially cubic diamond 52 and covered with a binder* for the base powder's furnace treatment. In a preferred way of carrying out the invention, the ground mass powder is a tungsten carbide powder. The binder 56 is chosen so that it melts before it reaches the maximum temperature of the oven and thereby infiltrates the base material powder in a known manner to form a solid base material which acts as a continuous phase for supporting the hard particle. In a preferred embodiment example, the binder is a copper alloy, e.g. No. 16, manufactured by Entectic Corporation. In the embodiment shown in fig. 3, the hard particle in the base mass is a single, natural diamond 52, which can have a size of approx. 1/10 carat. The diamond is arranged in the base powder essentially in the same plane as the exposed surface 12.
I det illustrerte utforelseseksempel har innsatslegemet 10 en In the illustrated embodiment, the insert body 10 has a
diameter på ca. 14,2875 mm og en hoyde på ca. 9,525 mm. Dette er en innsats med standardstorrelse for mange anvendelser i forbindelse med oljebronnverktoy• Det benyttes dog også andre innsats-storrelser, f.eks. med 9,525 mm diameter. Hver lomme 40, 44 har en diameter på ca. 2,54 mm og en dybde som kan variere, men som i det illustrerte eksempel er i storrelsesorden 5,08 mm. Diamanten 52 som er vist i fig. 3 og 4, har en sidelengde på ca. 0,203 mm. Det fremgår således at ovre flate 57 av diamanten 52 opptar storstedelen av lommens 44 blottlagte parti. I dette tilfelle er det onskelig at diamantflaten 57 opptar noe over halvparten av den blottlagte lommeflate. Hovedformålet med den faste grunnmasse 50 er at den skal virke som kontinuerlig fase for å holde den harde partikkel, f.eks. diamanten 52, på plass. Det vil derfor ved mange anvendelser være onskelig å bruke en diamant med en flate som opptar det meste av den blottlagte lommeflate, f.eks. diamantflater som opptar 90% eller mer av lommeflaten. Diamanter med ujevn form, særlig med en ujevn form som omfatter en i det vesentlige plan flate, kan selvsagt benyttes i stedet for jevne-re, kubeformede diamanter. Det bemerkes også at legemet 10 i det utforelseseksempel som er vist i fig. 1-4 er betydelig hardere enn den faste grunnmasse 50. Den bedrede motstandsdyktighet mot avsliping oppnås således ved hjelp av diamantflaten, ikke med den faste grunnmasse 50. diameter of approx. 14.2875 mm and a height of approx. 9.525 mm. This is an insert with a standard size for many applications in connection with oil well tools• However, other insert sizes are also used, e.g. with 9.525 mm diameter. Each pocket 40, 44 has a diameter of approx. 2.54 mm and a depth which may vary, but which in the illustrated example is of the order of 5.08 mm. The diamond 52 shown in FIG. 3 and 4, have a side length of approx. 0.203 mm. It thus appears that the upper surface 57 of the diamond 52 occupies the greater part of the exposed part of the pocket 44. In this case, it is desirable that the diamond surface 57 occupies slightly more than half of the exposed pocket surface. The main purpose of the solid base mass 50 is for it to act as a continuous phase to hold the hard particle, e.g. the diamond 52, in place. It will therefore be desirable in many applications to use a diamond with a surface that occupies most of the exposed pocket surface, e.g. diamond surfaces occupying 90% or more of the pocket surface. Diamonds with an uneven shape, in particular with an uneven shape that includes an essentially flat surface, can of course be used instead of smoother, cube-shaped diamonds. It is also noted that the body 10 in the embodiment shown in fig. 1-4 is significantly harder than the solid base material 50. The improved resistance to grinding is thus achieved with the help of the diamond surface, not with the solid base material 50.
En fremgangsmåte for fremstilling av en innsats ifolge foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives under henvisning til fig. 1-4. Som tidligere nevnt, kan innsatslegemet være et hardmetall- legeme, dannet ved pulvermetallurgi av f.eks. tungstencarbid-pulver. Legemet kan også utformes av andre pulvermaterialer, f. eks. andre karbidpulvere eller andre materialer, som verktoystål. Ved en spesiell fremgangsmåte for fremstilling av et innsatslegeme til bruk i forbindelse med oppfinnelsen fremstilles legemet 10 ved konvensjonelle kaldpressings- og sintrings-pulvermetallurgiteknikker. Mer spesielt blir et tungstenkarbid-pulver som inneholder voks og et bindemiddel, f.eks. kobolt, kaldpresset i en stålform. Det således utformede legeme utsto-tes fra formen og holdes på dette tidspunkt sammen av vokseno Legemet anbringes deretter i en awoksingsovn for utdriving av voksen ved ca. 426,67°C og sintres ved 1648,89-1760°C, slik at bindemidlet, f.eks. kobolt, smelter for fullstendig fortetning av materialet. Nå er hardmetall-innsatslegemet 10, inklusive lommene 40 og 44 ferdig og rede til å motta grunnmassepulveret og harde partikler i hver lomme. Det skal bemerkes at legemet 10 kan fremstilles ved en rekke teknikker, omfattende sintring av fast eller flytende fase og pulvermetallurgiteknikker, og at hovedkravet til legemet er at det har akseptable karakteristik-ker for motstandsdyktighet mot avsliping, akseptabel trykkfast-het og rimelig hardhet. Ved et innsatslegeme av tungsten-hardmetall vil en hardhet i storrelsesorden av en Rockwell-hardhet A på 90 være rimelig. Når legemet 10 er et hardmetall-legeme, fremstilt ved pulvermetallurgi, kan pulveret foruten tungstenkarbid være titankarbid, vanadiumkarbid eller en blanding av vanadiumkarbid og molybdenkarbid. Enda en måte å utforme legemet på er utforming av legemet i to deler som omfatter et indre legeme som er belagt med et fast belegg, som titankarbonitrid. A method for producing an insert according to the present invention will now be described with reference to fig. 1-4. As previously mentioned, the insert body can be a hard metal body, formed by powder metallurgy of e.g. tungsten carbide powder. The body can also be made of other powder materials, e.g. other carbide powders or other materials, such as tool steel. In a special method for producing an insert body for use in connection with the invention, the body 10 is produced by conventional cold pressing and sintering powder metallurgy techniques. More particularly, a tungsten carbide powder containing wax and a binder, e.g. cobalt, cold pressed in a steel mold. The thus designed body is ejected from the mold and at this point is held together by the wax. The body is then placed in a waxing oven to expel the wax at approx. 426.67°C and sintered at 1648.89-1760°C, so that the binder, e.g. cobalt, melts for complete densification of the material. Now the carbide insert body 10, including the pockets 40 and 44, is complete and ready to receive the base powder and hard particles in each pocket. It should be noted that the body 10 can be produced by a number of techniques, including solid or liquid phase sintering and powder metallurgy techniques, and that the main requirement for the body is that it has acceptable characteristics for resistance to grinding, acceptable compressive strength and reasonable hardness. In the case of an insert made of tungsten carbide, a hardness of the order of magnitude of a Rockwell hardness A of 90 will be reasonable. When the body 10 is a hard metal body, produced by powder metallurgy, the powder can, in addition to tungsten carbide, be titanium carbide, vanadium carbide or a mixture of vanadium carbide and molybdenum carbide. Yet another way of designing the body is to design the body in two parts which comprise an inner body which is coated with a solid coating, such as titanium carbonitride.
Når innsatslegemet 10 er utformet med lommer, som lommene 40 og 44, anbringes et grunnmassepulver, som tungstenkarbid-grunnmassepulver i hver lomme med et utvalgt antall harde partikler anbrakt i pulveret på onskede steder. Grunnmassepulveret velges fortrinnsvis slik at det krymper noe mindre enn legemet under ovnsbehandlingen, slik at legemet krymper rundt grunnmassepulveret når dette fortettes til en fast masse. Grunnmassepulveret velges slik at det etter ovnsbehandling vil ha god slagseighet, slik at brister unngås, og god slitestyrke, slik at det ikke vaskes ut rundt de harde partiklene. For å sikre at grunnmasse pulveret har satt seg skikkelig i lommen for ovnsbehandling, kan innsatslegemet vibreres. When the insert body 10 is designed with pockets, such as pockets 40 and 44, a base material powder, such as tungsten carbide base material powder, is placed in each pocket with a selected number of hard particles placed in the powder at desired locations. The base material powder is preferably chosen so that it shrinks somewhat less than the body during the oven treatment, so that the body shrinks around the base material powder when this is condensed into a solid mass. The base material powder is chosen so that after kiln treatment it will have good impact strength, so that cracks are avoided, and good wear resistance, so that it does not wash out around the hard particles. To ensure that the base powder has settled properly in the pocket for oven treatment, the insert body can be vibrated.
Et bindemiddel, f.eks. en kopperlegering, anbringes deretter overst i hver lomme som inneholder grunnmassepulveret og harde partikler. Ved en foretrukket" fremgangsmåte for gjennomfbring av oppfinnelsen velges en kopperlegering No. 16, fremstilt av Entectic Corporation, som bindemiddel. Bindemidlet bor fortrinnsvis være av en type som smelter ved en temperatur under ca. 1204,44°C, da naturlige diamanter får strukturskader hvis de utsettes for vesentlig hbyere temperaturer enn ca. 1204,44°C. Det bor anbringes tilstrekkelig bindemiddel over hver lomme, slik at bindemidlet, når det smelter, infiltrerer grunnmassepulveret fullt ut og det oppnås maksimal infiltrasjon og maksimal tetthet av den endelige, faste grunnmasse. Derfor anbringes fortrinnsvis et overskudd av bindemiddel over hver lomme for å sikre maksimal infiltrasjon. Det bindemiddel som smelter og ikke infiltrerer, vil bli igjen på den blottlagte flate 12. For å hindre at overskytende bindemiddel dekker sideveggen 16, kan det konstrueres en demning (ikke vist) eller lign. rundt verktbylegemets omkrets, f.eks. ved leppen 36. Alternativt kan overskytende, smeltet bindemiddel holdes borte fra sideveggen ved at denne gis et beskyt-tende belegg, f.eks. STOP-OFF, produsert av Wall Colmonoy, Detroit, Michigan. A binder, e.g. a copper alloy, is then placed at the top of each pocket containing the base powder and hard particles. In a preferred method for implementing the invention, a copper alloy No. 16, manufactured by Entectic Corporation, is chosen as the binder. The binder should preferably be of a type that melts at a temperature below approximately 1204.44°C, as natural diamonds suffer structural damage if exposed to significantly higher temperatures than about 1204.44° C. Sufficient binder should be placed over each pocket so that the binder, when melted, fully infiltrates the base powder and maximum infiltration and maximum density of the final solid is achieved base mass. Therefore, an excess of binder is preferably placed over each pocket to ensure maximum infiltration. The binder that melts and does not infiltrate will remain on the exposed surface 12. To prevent excess binder from covering the side wall 16, a dam can be constructed (not shown) or the like around the circumference of the tool body, e.g. at the lip 36. Alternatively, excess, melted binder is kept away from the side wall by giving it a protective coating, e.g. STOP-OFF, manufactured by Wall Colmonoy, Detroit, Michigan.
Ovnsbehandlingen av materialet i innsatslommene gjennomfbres ved en temperatur under 1204,44°C, når det benyttes diamanter som noen eller alle harde partikler. Ved en foretrukket fremgangsmåte for gjennomfbring av oppfinnelsen med diamanter som harde partikler, blir innsatslommene som inneholder en tungstenkarbid-grunnstoffmasse ovnsbehandlet i ti minutter ved 1176,10°C ved bruk av Entectic's kopperlegering No. 16. Det skal bemerkes at tilfredsstillende infiltrasjon av visse bindemidler med forskjellige grunnmassepulvere kan oppnås innenfor et område på ca. 896,89°C til 1204,44°C uten merkbar skade på strukturen av naturlige diamanter. Det skal videre bemerkes at ovnsbehandlingen kan gjennomfbres ved temperaturer over 1204,44°C ved bruk av andre, harde partikler. The furnace treatment of the material in the insert pockets is carried out at a temperature below 1204.44°C, when diamonds are used as some or all hard particles. In a preferred method for carrying out the invention with diamonds as hard particles, the insert pockets containing a tungsten carbide base material are furnace treated for ten minutes at 1176.10°C using Entectic's copper alloy No. 16. It should be noted that satisfactory infiltration of certain binders with different primer powders can be achieved within a range of approx. 896.89°C to 1204.44°C without noticeable damage to the structure of natural diamonds. It should also be noted that the furnace treatment can be carried out at temperatures above 1204.44°C using other, hard particles.
Det har vist seg at de harde partikler, f.eks. diamanter kan ten-dere til å flyte opp i grunnmassepulveret under ovnsbehandlingen når grunnmassepulveret infiltreres av bindemidlet. Det kan derfor være hensiktsmessig å anbringe et lodd eller et annet fikse-ringsorgan på de harde partikler under ovnsbehandling. It has been shown that the hard particles, e.g. diamonds may tend to float up in the base material powder during the oven treatment when the base material powder is infiltrated by the binder. It may therefore be appropriate to place a solder or another fixing device on the hard particles during furnace treatment.
En forste variant av en innsats konstruert ifolge foreliggende oppfinnelse er vist i fig. 5. Figuren viser en lomme 44 utformet i innsatslegemet, hvor et par naturlige, i det vesentlige kubeformede diamanter 60,62 er anbrakt lagvis i grunnmassepulveret. Det vil være kjent at sliteflaten og innsatsens blottlagte flate 12 gradvis vil eroderes ved bruk av verktoy med sliteflater som omfatter innsatsene ifolge foreliggende oppfinnelse. Under denne erosjon vil grunnmassen 50 i lommene også slites ned. Det kan derfor ved enkelte anvendelser være onskelig å anbringe de harde partikler i lommene lagvis, slik at det etter nedslitning av det ytterste lag foreligger enda et lag som forsinker den videre erosjon av sliteflaten. Hvert lag i lommen kan inneholde mer enn en hard partikkel, skjont det utforelseseksempel som er vist i fig. 5 bare inneholder en hard partikkel, en i det vesentlige kubeformet diamant i hvert lag. A first variant of an insert constructed according to the present invention is shown in fig. 5. The figure shows a pocket 44 formed in the insert body, where a pair of natural, essentially cube-shaped diamonds 60, 62 are placed in layers in the base powder. It will be known that the wear surface and the exposed surface 12 of the insert will gradually erode when using tools with wear surfaces that include the inserts according to the present invention. During this erosion, the base material 50 in the pockets will also wear down. It may therefore be desirable in certain applications to place the hard particles in the pockets in layers, so that after the wear of the outermost layer there is another layer which delays the further erosion of the wear surface. Each layer in the pocket may contain more than one hard particle, although the exemplary embodiment shown in fig. 5 contains only one hard particle, an essentially cube-shaped diamond in each layer.
Fig. 6 illustrerer en annen variant ifolge oppfinnelsen, hvor et meget stort antall harde partikler, f.eks. små diamanter 66, er anordnet i grunnmassen. Den såkalte "diamant-impregnerte grunnmasse" som er illustrert i fig. 6, kan benyttes for visse formål for å gi grunnmassen jevne motstandskarakteristikker mot slitasje fra lommens topp til dennes bunn. Fig. 6 illustrates another variant according to the invention, where a very large number of hard particles, e.g. small diamonds 66, are arranged in the base mass. The so-called "diamond-impregnated base material" which is illustrated in fig. 6, can be used for certain purposes to give the base material uniform resistance characteristics against wear from the top of the pocket to its bottom.
En tredje variant er illustrert i fig. 7, hvor en enkelt diamant 70 er anordnet i grunnmassen på en slik måte at den rager frem fra den blottlagte flaten 12. Dette utforelseseksempel kan brukes når vertoyet hvor innsatsen er presspasset skal benyttes for kutting. Ved et utforelseseksempel med en lomme med en diameter på 2,54 mm har det vist seg onskelig at diamanten rager frem ca. .1, 524 mm. A third variant is illustrated in fig. 7, where a single diamond 70 is arranged in the base mass in such a way that it protrudes from the exposed surface 12. This embodiment can be used when the tool where the insert is press fit is to be used for cutting. In an embodiment with a pocket with a diameter of 2.54 mm, it has been found undesirable that the diamond protrudes approx. .1, 524 mm.
Det vil være innlysende at innsatser som fremstilles ifolge foreliggende oppfinnelse vil finne anvendelse i mange verktoy. Som vist i fig. 8, kan en stabilisator 80 nær borkronen omfatte tre forskjellige innsatstyper. I områdene A er innsatsene på stabilisatorribbene utformet med lommer med en enkelt diamant i hver lomme, hvor diamanten rager frem av stabilisatorribbens over-flate, f.eks. som vist i fig. 7. Innsatsene i områdene A rager frem fra stabilisatorribben for kutting i ribbenes endepartier. It will be obvious that inserts produced according to the present invention will find use in many tools. As shown in fig. 8, a stabilizer 80 near the drill bit may comprise three different insert types. In areas A, the inserts on the stabilizer ribs are designed with pockets with a single diamond in each pocket, where the diamond protrudes from the surface of the stabilizer ribs, e.g. as shown in fig. 7. The inserts in areas A protrude from the stabilizer rib for cutting in the end parts of the ribs.
Innsatsene som er anordnet i stabilisatorribbene i områdene B omfatter lommer med en enkelt, kubeformet diamant i hver lomme, hvor diamantene ligger i plan med stabilisatorribben, f.eks. som vist i fig. 4. Innsatsene i områdene B skal redusere avsliping uten nevneverdig kuttevirkning. The inserts arranged in the stabilizer ribs in areas B comprise pockets with a single, cube-shaped diamond in each pocket, where the diamonds lie flush with the stabilizer rib, e.g. as shown in fig. 4. The efforts in areas B must reduce grinding without significant cutting effect.
Innsatsene i stabilisatorribbene i området C er konvensjonelle faste tungstenkarbidinnsatser uten harde partikler. Disse innsatser reduserer avsliping i området C, men er ikke forsynt med lommer for opptagelse av harde partikler, som diamanter. The inserts in the stabilizer ribs in area C are conventional solid tungsten carbide inserts without hard particles. These inserts reduce grinding in area C, but are not provided with pockets for absorbing hard particles, such as diamonds.
Fagfolk vil forstå at innsatser som er fremstilt ifolge foreliggende oppfinnelse kan benyttes på andre typer av borestreng-stabilisatorer, på drillbor ("gauge of drill bits"), på rulleutvidere og på verktoyledd og andre borestrengkomponenter. Innsatsene kan også benyttes ved gruvedrift, der foreligger en sliteflate hvor slitasjen onskes redusert. Generelt kan oppfinnelsen tas i bruk når det er behov for et element med stor motstandsdyktighet mot slitasje på et hvilket som helst legeme med en flate som utsettes for forhold med avsliping. Those skilled in the art will understand that inserts manufactured according to the present invention can be used on other types of drill string stabilizers, on drill bits ("gauge of drill bits"), on roller expanders and on tool joints and other drill string components. The inserts can also be used in mining, where there is a wear surface where wear is desired to be reduced. In general, the invention can be used when there is a need for an element with high resistance to wear on any body with a surface exposed to conditions with grinding.
Skjont foreliggende oppfinnelse er beskrevet i forbindelse med flere illustrerte utforelseseksempler, vil fagfolk uten videre være klar over at det kan foretas en rekke modifikasjoner innenfor oppfinnelsens ramme. Lommene kan f.eks. omfatte andre harde partikler enn naturlige diamanter, f.eks. syntetiske polykris-tallinske diamanter. Formen av de diamanter som brukes i lommene kan videre velges med henblikk på innsatsens spesielle anvendelse. Vanlige, handelsforte diamantformer, f.ekscrunde, tetragonale og kubeformede diamanter, men også andre former kan brukes. Det kan også brukés diamanter i forskjellige kvaliteter. Også diamanter med flater som er kjemisk eller mekanisk bear-beidet kan tas i bruk for spesielle anvendelser. Skjont det er nevnt at innsatsene "presspasses" i åpninger i sliteflaten, vil det være innlysende at betegnelsen "presspasning" omfatter enhver fremtvunget innsetting av innsatsen i en tilsvarende åpning, f.eks. ved banking eller pressing med variable krefter. Disse og andre variasjoner ligger innenfor oppfinnelsens ramme. Although the present invention has been described in connection with several illustrated embodiments, those skilled in the art will readily be aware that a number of modifications can be made within the scope of the invention. The pockets can e.g. include hard particles other than natural diamonds, e.g. synthetic polycrystalline diamonds. The shape of the diamonds used in the pockets can also be chosen with a view to the insert's particular application. Common, commercially available diamond shapes, e.g. round, tetragonal and cube-shaped diamonds, but other shapes can also be used. Diamonds in different qualities can also be used. Diamonds with surfaces that have been chemically or mechanically processed can also be used for special applications. Although it is mentioned that the inserts are "press-fitted" into openings in the wear surface, it will be obvious that the term "press-fit" includes any forced insertion of the insert into a corresponding opening, e.g. by tapping or pressing with variable forces. These and other variations are within the scope of the invention.
Claims (24)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US95668878A | 1978-11-01 | 1978-11-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO793434L true NO793434L (en) | 1980-05-05 |
Family
ID=25498555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO793434A NO793434L (en) | 1978-11-01 | 1979-10-26 | INSERT FOR WORKPLACE AREAS AND MANUFACTURING PROCEDURES |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA1123822A (en) |
| FR (1) | FR2440245A1 (en) |
| GB (1) | GB2041427B (en) |
| NL (1) | NL7907924A (en) |
| NO (1) | NO793434L (en) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2125466B (en) * | 1982-08-18 | 1986-02-05 | Hunting Oilfield Services | Improvement in and relating to drill pipes |
| DE3300357C2 (en) * | 1983-01-07 | 1985-01-10 | Christensen, Inc., Salt Lake City, Utah | Method and device for manufacturing cutting elements for deep drilling bits |
| GB2138864B (en) * | 1983-04-28 | 1986-07-30 | Sumitomo Metal Mining Co | Roller drill bits |
| GB2148353B (en) * | 1983-09-15 | 1986-03-05 | Boart Int Ltd | Mining picks |
| CA1224414A (en) * | 1985-09-17 | 1987-07-21 | Gulf Canada Corporation/Corporation Gulf Canada | Stabilizer for drillstems |
| DE68919454T2 (en) * | 1988-08-15 | 1995-04-06 | De Beers Ind Diamond | Tool insert. |
| US5467669A (en) * | 1993-05-03 | 1995-11-21 | American National Carbide Company | Cutting tool insert |
| GB9505783D0 (en) * | 1995-03-22 | 1995-05-10 | Camco Drilling Group Ltd | Improvements in or relating to rotary drill bits |
| EP1811124A1 (en) | 2006-01-18 | 2007-07-25 | Omni Oil Technologies | Hole opener |
| US8162081B2 (en) | 2008-08-28 | 2012-04-24 | Varel International Ind., L.P. | Force balanced asymmetric drilling reamer and methods for force balancing |
| GB2466466B (en) * | 2008-12-22 | 2013-06-19 | Cutting & Wear Resistant Dev | Wear piece element and method of construction |
| JOP20200150A1 (en) | 2011-04-06 | 2017-06-16 | Esco Group Llc | Hardfaced wearpart using brazing and associated method and assembly for manufacturing |
| CN105414532A (en) | 2012-01-31 | 2016-03-23 | 埃斯科公司 | Wear resistant material and system and method of forming wear resistant material |
| WO2017087781A1 (en) * | 2015-11-18 | 2017-05-26 | Bly Ip Inc. | Wear-resistant drilling tools and systems and methods for making same |
-
1979
- 1979-10-10 GB GB7935118A patent/GB2041427B/en not_active Expired
- 1979-10-11 CA CA337,396A patent/CA1123822A/en not_active Expired
- 1979-10-26 NO NO793434A patent/NO793434L/en unknown
- 1979-10-29 NL NL7907924A patent/NL7907924A/en not_active Application Discontinuation
- 1979-10-30 FR FR7926919A patent/FR2440245A1/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2440245B1 (en) | 1985-03-15 |
| GB2041427A (en) | 1980-09-10 |
| NL7907924A (en) | 1980-05-06 |
| GB2041427B (en) | 1982-08-18 |
| CA1123822A (en) | 1982-05-18 |
| FR2440245A1 (en) | 1980-05-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101522930B (en) | Articles having improved resistance to thermal cracking | |
| CA1245624A (en) | Multi-component cutting element using polycrystalline diamond disks | |
| RU2508178C2 (en) | Drilling bit and other products containing cemented carbide | |
| NO793434L (en) | INSERT FOR WORKPLACE AREAS AND MANUFACTURING PROCEDURES | |
| US5056382A (en) | Matrix diamond drag bit with PCD cylindrical cutters | |
| US7878275B2 (en) | Matrix bit bodies with multiple matrix materials | |
| US20040244540A1 (en) | Drill bit body with multiple binders | |
| EP0144222B1 (en) | Improvements in or relating to rotary drill bits | |
| CN103201451A (en) | Cutting elements, earth-boring tools incorporating such cutting elements, and methods of forming such cutting elements | |
| CN108472731A (en) | Superhard construction and its manufacturing method | |
| US11292088B2 (en) | Wear resistant coating | |
| US9993869B2 (en) | Directional solidification of polycrystalline diamond compact (PDC) drill bits | |
| USH1566H (en) | Matrix diamond drag bit with PCD cylindrical cutters | |
| CN105593454B (en) | For improving the enhancing PCD cutter recessed surfaces geometry of attachment property | |
| CA1311234C (en) | Earth boring drill bit with matrix displacing material | |
| US3175427A (en) | Method for hard surfacing tools | |
| US20120168232A1 (en) | Localized features and manufacturing methods for inserts of rock bits |