基体界面形状对PDC残余应力数值模拟研究

针对深层、超深层钻进对PDC钻头的长寿命、高效率的需求,设计了一种新型界面结构形状的PDC,并分别对常规平面界面型PDC及新型界面结构PDC进行了残余应力分布数值模拟研究和热处理评估。研究结果表明,新型界面结构PDC与平面界面PDC相比,聚晶金刚石层表面中心的压应力从1 645 MPa减小到1 068 MPa,边缘部分的最大拉应力从435 MPa减小到238 MPa,边缘拉应力区域从3 mm减小至2 mm左右,最大剪切应力从边缘转移到金刚石层内部区域,PDC轴向界面边缘处最大拉应力从744 MPa减小至254 MPa。经800℃热处理后平面界面PDC可见明显的脱层及聚晶层碎裂现象,而新型非平面界面结构PDC在800℃以及900℃热处理下仍未发生脱层现象,聚晶层也无明显热裂纹,表明新型界面结构PDC的热稳定性明显提升。该研究可为提升PDC钻头使用寿命和钻进效率提供结构设计借鉴。