(一)硬質(zhì)合金

      鉆探中所采用的硬質(zhì)合金，主要是碳化鎢(WC)-鈷(Co)系硬質(zhì)合金。這類硬質(zhì)合金稱之為YG類硬質(zhì)合金，它以碳化鎢粉末為骨架金屬，鈷粉末為粘結(jié)劑，經(jīng)粉末冶金方法壓制燒結(jié)而成。不同型式的切削具鑲焊在鉆頭體上，可制成各種型式的硬質(zhì)合金鉆頭。

      鉆探用硬質(zhì)合金的型號(hào)用漢語拼音與數(shù)字表示，如YG8則表示含鈷量為百分之八的鎢鈷合金。牌號(hào)中用X、c分別表示細(xì)粒、粗粒碳化鎢粉，如YG6x，YGllc等。隨著合金中含鈷量的增加，其比重有所下降，硬度逐漸降低，即耐磨性能降低；而抗彎強(qiáng)度逐漸提高，同時(shí)沖擊韌性也提高。合金中碳化鎢粉的粒度細(xì)時(shí)，硬度增高，而抗彎強(qiáng)度下降、耐磨性能有所提高。反之，顆粒變粗，則得到相反的結(jié)果。

      硬合金沖擊韌性較低，脆性較大。沖擊韌性也隨含鈷量的增加和碳化鎢粉粒度增大而提高。含鈷量為5%時(shí)硬合金的抗壓強(qiáng)度最大，并且細(xì)粒碳化鎢粉的合金比粗粒的高。

      此外，鎢鈷合金的導(dǎo)熱系數(shù)在0.14～0.19cal/cm2·s·℃之間，比鋼材小，因此，在鉆進(jìn)中須防止過熱并加強(qiáng)冷卻。鎢鈷硬合金的線膨脹系數(shù)也比鋼、銅為小，如YG8的膨脹系數(shù)為4.5×10-6C-1。在鑲焊硬合金鉆頭工藝中須倍加注意上述情況。

      在表面涂以很薄的(0.005～0.015mm)碳化汰(TIC)合金層，以使表面硬度和耐磨性提高，而仍具有原基體的良好強(qiáng)度和韌性。

      在鉆探工作中，特別是在石油鉆井中，用粉粒狀硬質(zhì)合金補(bǔ)強(qiáng)鉆頭上的易磨損部分。粉粒狀硬質(zhì)合金是碳和鎢在約3000℃高溫下形成的鑄造碳化鎢(W2C)粉碎而成的，其硬度達(dá)HRA90以上，一般粒度為20～80目，通常在鑄造碳化鎢粉粒中再混以少量的鈷粉、鉻粉及硅粉。杷它們裝于直徑4～7mm的鐵管中.用作焊條補(bǔ)強(qiáng)魚尾鉆頭。

      (二)硬質(zhì)合金切削具形狀和規(guī)格

      硬質(zhì)合金的形狀大至可分為片狀、柱狀和針狀：片狀—有短片狀、直角片狀、菱形片狀，片狀切削具刃薄易于切人和切削巖石，但抗彎能力低，主要用于鉆進(jìn)I～V級(jí)軟巖；柱狀——有方柱狀和八角柱狀，柱狀切削具抗彎、抗壓的能力較強(qiáng)，主要用于Ⅵ～Ⅶ級(jí)中硬巖層；針狀—主要用來制造自磨式鉆頭，在中硬及硬巖層或研磨性巖石中使用。

      (三)硬質(zhì)合金鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)

      根據(jù)施工要求是否取心，可將硬合金鉆頭制成取心鉆頭和不取心的全面鉆頭，巖心勘探鉆進(jìn)中常采用的是取心硬合金鉆頭。硬合金鉆頭是將硬質(zhì)合金切削具鑲焊在用鋼制鉆頭體上，硬合金切削具在鉆頭體上鑲焊時(shí)，為了使切削具順利地切人巖石、沖洗液暢通以及減少鉆頭體的磨損，切削具必須突出于鉆頭體一定的量，此突出部分稱為出刃。出刃有內(nèi)出刃、外出刃和底出刃，如圖4—7所示。
      1.內(nèi)、外出刃
      內(nèi)、外出刃是保證鉆具與巖心、鉆具與孔壁之間留有間隙以及保持一定的孔徑和巖心直徑，內(nèi)、外出刃必須選擇適當(dāng)。

      若內(nèi)、外出刃選取過大，不僅降低硬合金抗外力的能力，還增大了孔底破碎的環(huán)狀斷面，因而增大了回轉(zhuǎn)阻力和功率消耗；同時(shí)，間隙過大，增大了鉆孔彎曲的可能性，降低了鉆具在孔底工作的穩(wěn)定性，相反，若內(nèi)、外出刃選取過小，則沖洗液流阻力過大，容易造成巖心堵塞、沖毀孔壁以及漂浮鉆具。

    內(nèi)、外出刃值主要取決于所鉆巖層。對(duì)于較硬的巖層，內(nèi)、外出刃可取小值；對(duì)于中硬巖層，內(nèi)、外出刃可取1～1.5mm；對(duì)于軟巖層，內(nèi)、外出刃應(yīng)選大一些；對(duì)一般偏軟巖層，內(nèi)、外出刃可選2～3mm，對(duì)于一些易膨脹的軟巖或較松軟巖層，常在鉆頭體外附加肋骨鋼片以增大外出刃這種鉆頭被稱為肋骨鉆頭。

      2.底出刃
      底出刃包括底出刃數(shù)值和底出刃排列兩個(gè)方面的問題。

      如圖4-8所示，底出刃大小必須滿足h1和h0兩部分所需的高度，即底出刃H=h0+h1，h0是切入巖石的深度，h1是保證沖洗液暢通地清除巖粉和冷卻切削具所需高度。在軟巖中，h0和h1要求較大，所以，底出刃大至為3～5mm。但在硬巖中鉆進(jìn)，底出刃應(yīng)較小，一般為2～3mm。底出刃過大，切削具承受的彎矩也相應(yīng)增大，因而容易折斷，所以，為了防止切削具被折斷，切削具背面應(yīng)進(jìn)行加固，如圖4-8所示的陰線部分，這樣可防止切削具崩斷，但鑲焊和修磨較費(fèi)事。
      3.切削具的鑲焊角
      切削具在鉆頭體上的鑲焊角不同，則碎巖時(shí)切削具對(duì)巖石面作用的角度不同，從而影響鉆進(jìn)效果。

      如圖4-9所示，一個(gè)具有一定刃角p的切削具，以不同的鑲焊角φ鑲焊在鉆頭上，即有不同的切削角。如圖4-10所示，當(dāng)φ=0時(shí)，即a=90°，切削具垂直于鉆頭唇面，稱為直鑲(圖4-10(a))；當(dāng)妒為正時(shí)，即a<90°時(shí)，稱為正斜鑲(圖4-10(b))；當(dāng)φ為負(fù)，即a>90°時(shí)，稱為負(fù)斜鑲(圖4-10(c))。
      刃角β值表示切削具切人巖石的難易程度，同時(shí)也影響切削具的抗磨損能力以及抗崩斷強(qiáng)度。刃角愈小，愈易切人巖石，但其抗磨、抗崩能力也愈差；相反，刃角大，雖然其切人能力較差，但抗磨抗崩能力卻較強(qiáng)。因此，較軟的巖石中一般選用較小的β角；較硬的巖石，則選用較大的β角。

      切削角口應(yīng)根據(jù)所鉆巖石來選定。鉆進(jìn)軟巖，a角一般取70°～80°；對(duì)脆性和較硬的巖石，切削具主要是按壓碎和剪切作用破碎巖石，切削具被磨鈍較為突出，因此最好用直鑲或負(fù)斜鑲，口角取90°～105°。這樣切削具的抗磨性能較好，同時(shí)巖屑也易排出。

      切削角口影響切削具抗磨性能的情況如圖4-11所示，當(dāng)刃角β一定時(shí)，假如磨損高度相同，則三種不同的切削角(a1、a2、a3)的切削具磨損y后，切削具刃端與巖面的接觸面積便不同。由圖可知：s1 < s2 < s3。所以，負(fù)斜鑲切削具的刀比較鋒利，易于切入巖石且其抗磨性能較好，因而多用于鉆進(jìn)研磨性強(qiáng)的較硬巖層。
      應(yīng)根據(jù)巖石性質(zhì)選擇切削具在鉆頭上的鑲焊角度。對(duì)于按塑性切削方式碎巖的弱研磨性巖石，應(yīng)選切削性能較好的正斜鑲式；對(duì)于按壓碎剪切方式碎巖的強(qiáng)研磨性、脆性大的巖石，則應(yīng)選用抗研磨性能較好的直鑲或負(fù)斜鑲方式。