原文

，卷数:15(2)

• 查看PDF
• 下载

硬质合金诞生100周年:硬质合金钻头

*通信:

Ratov BT，哈萨克国立技术大学，哈萨克斯坦共和国，哈萨克斯坦，电话:+ 77272927301;电子邮件: (电子邮件保护)

摘要

本文的目的是分析历史第一批硬质合金钻头的诞生。其中对世界各国领先的研发数据库进行专利研究，并对专利相关文献进行研究。本文的结果考虑了历史研制了碳化钨钻头，并首次确定了硬质合金切削岩石作为岩芯钻削工具。我们考虑了世界上第一批专利比特的发明者的名字和苏联。

关键字

碳化钨;Rock-cutting;钻井历史

介绍

碳化钨是钨、镍、钽、铌、钛和铬等元素的合金。高质量的碳化钨，就像我们的tungsten Forever™钨环中使用的那样，由大量的钨组成，赋予合金固有的硬度和深灰色钨所暗示的颜色。通过添加其他痕量金属，钨的好处被最大化，由此产生的金属可以更好地加工成我们网站上发现的许多独特的风格。

碳化物的建立

国立矿业大学工程勘探系非常重视岩石切削工具的研究。这些问题，特别是，专门用于一系列的论文[1］．目前，该部的科学家继续朝这个方向努力。因此，直到最近才出版了以下作品。

本文分析了历史硬质合金及其在钻孔中的应用。钻探开始于旧石器时代晚期和新石器时代(公元前13-7千年)。任何制造孔洞的过程都可以看作是钻孔或钻孔。在许多语言中，这两个概念只有一个术语(钻孔、Bohren等)。用铁丝、锥子或钻头等石器工具打洞。

在一个晚期新石器板块的发现中发现了燧石钻[2］．后来，除燧石钻外，开始应用金刚石、刚玉或作为磨料制成的石英砂。随着钢铁工业的出现，用于制造岩石的切削工具已成为广泛使用的铜[3.］．

后来铜器取代了铜器(公元前2000年早期)。最后，铁把他们赶了出去。在地壳岩石中钻孔的出现通常与中国文明有关。周朝时期(公元前1122年早期规则)建造的水井，用于抽取水和卤水，告诉孔子(公元前6世纪)。有些井深达900米，采用冲击方式钻探[4］．在用竹子做的弹丸上钻孔。钻头的下端是(凿子)，这破坏了底部的品种。有关于钻探探井和古罗马的信息。长期以来，钢是制造岩石切削工具的唯一材料。钻石钻最早是由制表大师乔治·奥古斯都(George Augustus)和他的儿子Rodol' form(瑞士)合作提出的[4］．

1899年，在工程师戴维斯(美国)的建议下，开始采用钻钻代替钻石钻。金刚石钻孔在一些国家已经存在了一段时间，它已经完全被打孔所取代。因此，到二十世纪初，人们还没有发明出一种能以相当快的速度破坏岩石的材料。我们回顾了本文的工作目的历史硬质合金及其在裂隙岩石中的应用，特别是用于制造碳化钨钻头[5］．

基本材料的呈现。硬金属是复合材料特殊等级的，具有高硬度，耐磨性和耐久性，在高温(600°C至800°C)下储存。这些特性在钻井中特别有用。您可以简单地将其定义为由难熔化合物(通常是碳化物)和相对低熔点粘结材料组成的组合物。首先，亨利·莫萨诺姆(Henri Moissan)于1893年在电炉中将钨与碳熔合，合成了碳化钨[6］．

下一步是由美国工程师弗雷德里克·温斯洛·泰勒(Frederick Winslow Taylor)设想的硬质合金刀具的创造。属于高速钢的优先发展方向，这是他和他的同胞怀特共同的。在已知工具钢“Midvale”的基础上，泰勒和蒙塞尔白(Maunsel white)应用高温淬火，提供她的具有较高的硬度和耐热性，以及改进了原有的[7］．

泰勒和怀特创造的基于钨的刀具材料，在高切削温度下具有很高的电阻，并允许将切削速度提高到5倍，因此被命名为“高速钢”。达到40米/分钟的速度在当时被认为是不可思议的，代表了金属加工的真正革命。在1900年的巴黎世界博览会上，泰勒和怀特创造的钢铁获得了金奖。1907年，英国人Jelvudom Heyns(由Elwood Haynes所著)获得了“Stellite”(来自拉丁语stella是星星)的专利，这是一种铸造的固体钴基合金，不仅用于制造切削工具，而且还用于焊接机器零件和工具，以提高耐用性(美国专利873745)[8］．然后是合金碳化物钨，用于焊接和钻孔作为耐磨涂层。第一批合金的碳化物部分更多孔。

德国发明家雨果·洛曼(Hugo Lohmann)在1913-1914年试图改善合金碳化物的性能，方法是将其研磨成薄粉末，压制并加热成形(拖)至熔点附近[9］．其发展中最著名的是含碳化钨的硬质合金，被命名为“洛曼尼特”。这种合金的特点是硬度特别高，接近金刚石的硬度，但像“钨铬钴合金”一样极其脆弱，而且价格昂贵，没有得到广泛的传播。在未来，Lohman继续其发展，并作出了许多发明，在各种固体合金，其中最有趣的是迈耶(J.R. Mejer) [10］．表1展示有关这些发明的信息。

表1。罗曼最重要的专利。

我们注意到，这不是h. Broken公司制造的硬质合金的不同改型的发明专利的完整列表。我们还指出了这个领域的一些早期发展:

-德国专利DE289066 (o. Voigtländer和h. Lohmann，于1914年1月3日公布)

-德国专利DE289066 (o. Voigtländer和h. Lohmann，于1914年1月30日公布)

-德国专利DE295656 (o. Voigtländer和h. Lohmann, 1914年4月12日公布)

-德国专利DE295656 (o. Voigtländer和h. Lohmann，于1914年5月17日公布)

-英国专利GB27369 (o. Voigtländer和h. Lohmann, 1915年7月15日公布，1913年11月27日申请)

-美国专利US1212426 (o. Voigtländer和h. Lohmann, 1917年1月16日公布，1913年12月2日申请)

-美国专利US1610061 (h. Lohmann, 1926年12月7日发布，1914年4月16日优先)。

基于专利活动，Lomana和他的公司Lohmann-Metall GMBH表明，发明者完全意识到其发展的重要性和商业价值。遗憾的是，我们无法在WIPO数据、EPO和德国的数据库中找到提及以Lohmann的名义颁发的钻头硬质合金专利。

虽然文献确切地说洛曼与第一个硬质合金钻头的创造有关。

这可能是由于以下几个原因:

•作者，其主要业务利益在于金属切割领域，而不是钻孔，在他不打算使用他的发明的领域不能保护他们的利益;

•Lohman可以认为他获得了硬质金属的专利，没有额外的专利性，不允许任何人在未经他同意的情况下在各种相关领域使用他的发明;

•也许作者认为他创造的冠是使用硬质合金的唯一方法，并且没有从根本上解决大多数冠设计的新方案，缺乏可专利性;

•最后，不能排除我们找不到一项发明的可能性，因为它在任何其他国家获得了专利，这并非不可能，因为在那些年德国参加了第一次世界大战。

因此，被称为第一个硬质合金钻头的创造者是不可能的。我们的专利研究在欧洲专利局(Espacenet)的数据库，其中包含超过9000万。来自世界90多个国家的专利文献，揭示了第一个颁发专利给皇冠，配备硬质合金刀具。在以Alfred Stapf和Hans Hundrieser的名义发布的德国专利DE335805中，它们很有可能被认为是王冠。该专利发布于1921年4月14日，声明于1920年3月26日。几乎与此同时，即1922年3月16日(1920年12月22日)被授予瑞士专利93763。它没有表明发明人，申请人是由一家德国公司Berlin-Anhaltische maschinenbauu - actien - gesellschaft制造的。然而，该专利中描述的牙齿设计与之前的几乎相似，因此很可能发明人与德国专利中的发明人相同。

在图1显示发明描述的书目部分(图1一个)和德国专利DE335805 (图1 b)，以及瑞士专利中描述的表冠外观?93763 (图1 c）.

两种进步的技术趋势促进了硬质合金的进一步发展:用难熔金属制造产品的新方法——粉末冶金的出现，以及获得非常强的“类金属”物质碳化物的方法的发展。当你想要制造由熔化温度显著不同的成分组成的合金时，粉末冶金方法仍然是唯一可行的方法。雷曼的专利作为开发各种等级合金的基础，伟达(WIDIA=WIe DIAmant=like diamond) G型和H型(德国固体合金标准)。在以碳化钨和钴为基础的固体合金材料切割方面取得了突破性进展，于1922-1923年获得欧司朗有限公司Carl Schröter (Karl Schroter专利DE420689和DE498349于1923年申报)和Henry Baumhauer (Henrich Baumhauer专利US1512191于1922年申报)的专利。“欧司朗电气照明研究学会”电气照明公司欧司朗(OSmium+wolfRAM)在当时是电灯制造的领导者。为了取代金刚石作为金属材料，这家公司在烧结合金方面取得了第一批成果，这些合金具有所需的切割性能。

但是，由于没有设备在工业规模上使用这种材料，欧司朗在1925年底将许可证卖给了德国的弗里德里希·克虏伯公司。此外，弗里德里希·克虏伯开始商业化生产硬质合金，并以Widia的名义将其推向市场。在1927年的莱比锡博览会上，展示了来自Widia的切削工具，其成分为94% WC + 6% Co的N合金，随后被指定为德国标准品牌G1。该工具彻底改变了金属加工行业，使速度提高了10-20倍。考文垂的AC Wickman公司获得了进口Widia并在英国销售的独家权利(以vilit的品牌名称)。美国硬质合金的情况很有趣。“美国工业病得很严重，”E.安曼博士写道，他是克鲁波夫基专家之一，负责评估战争情况下可能的对手的工业潜力。11］．该专家是基于美国硬质合金碳化钨的立场。这些合金在10年前就已为人所知。

他们没有受到技术革命的威胁。它们的作用要重要得多:它们使现有工业设备的性能得到了几次改进。二战初期德国用硬质合金制成的刀具数量是美国的20倍。这里只有少数专家知道它们。而在德国，英镑超硬合金的成本约为100美元，而在美国，成本要高出10倍。黄金，而成本只有价格的一半。结果，这些合金的消费被人为地延缓了近四分之一个世纪。这是kroposki专利的一大成就。此外，最有趣的是，德国的合金固体专利在任何美国法院都很容易因各种原因而无效。克虏伯公司成立之初就对这些专利持怀疑态度。 The Germans knew that to slow down the development in such a technologically simple region is almost impossible. Therefore, they for a small amount sold the license to an American company "Karbala", a subsidiary of General electric. "Karbala" tried using the license to gain a monopoly in the U.S. and for this reason is not addressed to the court, but German patents were legally vulnerable. Instead, they inflated 10 times the price.

直到1940年，经过一次特别调查，该公司才被迫降价。然而，此时她正在使用德国专利，对国家防务造成巨大损害，最终粉碎了竞争对手，并集中在80%的硬质合金生产手中[11］．苏联硬质合金生产的出现和形成与以前稀有金属技术的发展密切相关。1929年，在迈耶森和马尔科夫的领导下，在莫斯科电力厂获得了第一批苏联硬质合金样品，称为胜合金，随后建立并试生产产品。一种含有90%单碳化钨和10%钴的合金，用于制造设备工具板、拉丝模具、刀片和钻头。“赢”一词至今仍被制造商使用，但却完全忘记了其他与他竞争的国产硬质合金的名称:“穆罗姆”、“斯维亚托戈尔”、“多布里尼亚”、“钛矿”等。

1931年，生产硬质合金铸铁(稀有件铸)。还要注意在苏联生产的硬质合金sormayt(工厂“红色Sormovo”，然后工厂特殊钢)，shift(列宁格勒金属研究所)，斯大林和赶上(工厂他们。Schmidt)、vokar(植物稀有元素)、钻粉、VZO (Elektrozavod)、tas -硬质合金钻孔喷灯(植物稀有元素)[9］．1933年，在自锐工具实验室，Ignatiev发明了世界上第一个自锐硬质合金钻头。Zukhurov (Donbass)提出并使用了末端koromacno环下阶梯式排列的钻头[12］．然而，这些发展并没有获得专利。

杰出的发明家伊格纳提夫下了船历史作为第一个自锐刀具的发明者，并在苏联(第14451号)、德国、美国、法国、英国、意大利和比利时获得专利。然而，关于一种自锐硬质合金工具的专利收据的信息却找不到。

根据联邦工业产权局(俄罗斯)的专利研究数据库，我们发现与比特相关的第一批发明专利是以下两项专利(在一天内发布，尽管申请日期不同)。苏联21086的版权证书——钻头切削齿的生产方法。作者Karwacki发表于1931年7月31日，1930年1月6日。苏联专利21895固体硬质合金钻头的焊接方法。作者未注明，申请人为国家全盟电工协会“VEO”。1931年7月31日发布，1930年3月22日声明。在这些发明的激励下，人们提出了一种硬质合金钻头技术。在苏联设计的第一个专利硬质合金镗床应该被认可和描述。苏联33493(在旋转钻孔工具的工作部分表面堆焊vokar或Stellite型硬质合金的方法，作者Romanov和Roshchin，发表于1933年12月31日，声明于1932年7月17日)。

在图2显示了使用苏联33493的工具的工作部分。根据本发明，将固体合金以与旋转轴成一定角度的平行条纹熔合到工具的工作部分。一种条形，使条形1实心合金的一侧刀片对应于另一侧刀片的2条线之间的间隔。Romanov是硬质合金领域的知名专家，该领域拥有多项与之相关的发明专利，包括portarray工具。

他也是苏联硬质合金钻头的第一个专利设计的作者。a.s.苏联50195钻头，1935年2月7日发布，1935年8月31日发布。

结论

本文考虑了历史硬质合金。进行专利研究，结果发现世界上第一个碳化钨钻头。它的作者Alfred Stapf和Hans Hundrieser。以硬质金属的出现为例，苏联首次鉴定出硬质合金切削刀具。Romanov和chisel(与Roshhinym合著)和Crown获得专利。

参考文献

1. Kozhevnikov AA。硬质合金钻头取心过程中岩石破坏过程的研究。第聂伯罗彼得罗夫斯克矿业研究所，1975;第126页。
2. Kozhevnikov AA。科学基础:深探井旋转冲击钻井液压波反射器液压机高频科学/政府。角。第聂伯罗彼得罗夫斯克学报，1998:pp:365。
3. Khomenko六世。行星钻头无重音动作设计参数的论证:Dis和tehn科学:In: Khomenko, Vladimir L，编辑。国立矿业大学出版社，2004;pp:194。
4. 刘建军，刘建军，刘建军，等。钻头加热的研究与定义能源高效的钻井模式。企业技术，2016;3:41-6。
5. Yu DA, Sudakov AK, Kozhevnykov AA。脉冲冲洗模式下金刚石岩心钻孔过程中岩层热强度降低研究。努尔科维奇国立理工大学，2016;3:5-10。
6. Kozhevnikov AA, Besimbaev ET, Ratov BT.硬质合金是一种新型的岩石切削刀具。岩石切削和金属加工工具机械及其生产和使用技术:科学论文。基辅/IMS他们VN巴库利亚乌克兰国家科学院2016;19:50-5。
7. Kozhevnikov AA, Homenko VL, Bayboz AR.钻进结果硬质合金钻头STK地质勘探和油气业务在21世纪:技术，科学，教育。国际科学实践会议科学论文集。阿拉木图。2016年,页:100 - 4。
8. 英语百科全书历史由伊恩·麦克尼尔编辑的科技杂志。伦敦和纽约:劳特利奇出版社，2002;第1062页。
9. Panov VS, Chuvilin AM。烧结硬质合金及其制品的技术与性能:高中教材。对剧中。2001; pp: 428。
10. 梅尔RJ。Wolfram。施普林格出版社柏林海德堡有限公司。1994; pp: 214。
11. 希特勒的专利。先锋出版社，1942;第316页。
12. 刘国强，刘国强，刘国强。岩心训练:高中教科书。内德拉M. 1982;pp:360。