合金镶钻是真钻吗?_高档汽车合金镶钻

不知道是不是因为某些热衷于炒陈饭的媒体“同行”的“功劳”，关于车身材料的争议在最近再度成为了多方热议的焦点。

这一次，首当其冲的依然是奔驰。尽管现款奔驰E级上市已经接近4年了，当年换代之初就被热炒过的车门、机盖“铝换钢”早已是老黄历，但依然挡不住吃瓜群众看热闹不嫌事大的热情。此外，连带着挨批的还有奔驰的“好基友”宝马，国产宝马3系也被曝光，将引擎盖和前翼子板，从海外车型的铝合金材料换成了钢制材料。

在车身材料的选择上，铝合金真的就比钢材“高级”吗？

钢，算得上人类工业史上历史最悠久，使用最普遍的材料之一。从汽车诞生的那一天开始，钢就是汽车的主要材料。而铝合金被应用在汽车制造中的历史要短得多，这种最初来自于航空工业的轻量化材质（当然，与汽车一样，近年来复合材料也开始取代它），早在上个世纪30年代，就被捷豹用于造车；而“全铝车身”的诞生，则是1994年，奥迪A8正式推出了ASF车身结构之后的事情。

如果要对钢和铝合金进行简单的对比，那么最简单的几项物理性质是这样的——铝合金的拉伸强度超过钢材，但在韧性上却远不如钢，同时二者的比重不同，同样体积的铝合金要比钢材轻将近一半。

现代汽车，特别是强调性能和豪华感的高档汽车，之所以更多采用铝合金材质，就是为了省下宝贵的重量。轻量化对汽车性能的影响至关重要，它影响着油耗、制动能力、最大时速、加速性能乃至弯道中的动态表现。在赛车和改装车领域，有着“宁少10马力不多1公斤”的说法；而整车质量降低10%可以让燃油效率提高6%到8%左右，这是一个非常可观的数据。由此可见，轻量化对于汽车的重要性。

采用更轻巧的铝合金，能够省下更多的重量，在不少人眼中，铝合金因此被视为“更高级”。但造车这件事，并没有这么简单。

铝合金的拉伸强度超过钢，但是在韧性上却比钢差很多。简单地说，就是铝合金更硬但也更脆，而钢虽然软却更具有韧性。当发生碰撞事故时，在同样超过结构件受力极限的情况下，钢会逐级抵抗战至一兵一卒，其弹性可以抵消一部分冲击力；而铝合金则会瞬间崩塌，直接“缴枪投降”。

当年一起著名的车祸，全铝的奥迪R8被拦腰撞断……

更重要的是，对于铝合金来说，这一缺陷几乎无法克服。有人或许要说，既然铝合金比钢材轻得多，那我们把铝合金材料增厚增粗，是不是就能比同等重量的钢材更坚固了呢？非也！随着厚度的增加，铝合金的屈服强度反倒会降低，更厚重的铝合金，反而更容易在冲击力下直接断成两截！

此外，铝合金与钢材相比还有着焊接性能差、加工成本高的缺点。要知道，成本不仅仅是对汽车制造商才存在的——韧性太差的铝合金，一旦发生碰撞事故，几乎无法钣金修复，而动辄就需要整体更换。

一说到全铝车身，我们第一时间会想到的是前面提到过的两个名字：奥迪和捷豹，但是捷豹XFL的全铝车身却“仅仅”使用了75%比例的铝合金，而不是多数人想象中的100%；而奥迪也同样在高端车型上逐渐降低铝合金的比重。

奥迪换掉了铝合金，增加的是碳纤维增强复合材料——如果硬要说的话，钛合金和碳纤维复合材料就是比铝合金“更高级”的材料。比如，碳纤维复合材料的密度比铝合金更低，而抗拉强度能够轻松达到3500Mpa以上，大概是铝合金和钢材的8-10倍；而钛合金则在轻量化的同时，能同时实现高硬度和高韧性，可谓兼具了铝合金和钢材的优点。

那么，为什么汽车不大量使用这两种“更高级”的材料呢？成本、成本、还是成本。由于居高不下的成本，碳纤维和钛合金只被少数车型用在少数地方。碳纤维的韧性也较差，而且几乎无法维修，稍微碰一下，就会出现巨额的更换费用，所以只有宝马i8、柯尼塞格、兰博基尼等少数超跑才会采用这种材料；而钛合金呢，除了价格昂贵，同样也有成形性不好和焊接性能差的缺点，只有NSX和布加迪Chiron这种怪兽才舍得用一点点在发动机曲轴或刹车卡钳上。

一句话，无论铝合金、钢材还是碳纤维和钛合金，它们都有着各自不同的特点和不同的“身价”。它们之间并没有绝对的“高下之分”，而是各有所长。

事实上，随着汽车的发展，各种新材料也是百花齐放。比如在理想汽车上，采用了尼龙（你没有看错！跟你女朋友的丝袜一样）材质的下主摆臂；而一向热心环保的沃尔沃，甚至和一家名叫Bcomp's的公司合作，尝试用海洋回收塑料（顾名思义就是从海里捞起来的废旧塑料），经过重整后制作半结构内饰件。

汽车上使用的材料其实无所谓哪种更“高级”，最合适最实用的，就是最好的。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

考虑到钛合金的材料特性,应选用于该材料亲和力不强的材料。

含钴的硬质合金肯定是好的选择。

采用以下措施：增大顶角，两棱夹角修磨到135度--140度，增大钻头外缘处后角12-15度。修小横刃长度0。08--0。1，以减少钻孔的轴向力。钴钛合金钻最好。

采用高速钢钻头的话，切削速度为7-12m/min,进给量0.05--0.2mm/r, 采用硬质合金的话v=25-60m/min ,f=0.050.15m/r 钻浅孔时，切削液可以选择电解液其成分大概为葵二酸7%-10%，三乙醇胺7%--10%，甘油7%-10%。硼酸7%-10%，亚硝酸钠3%-5%，其余都是水。 钻深孔时可选择30号机械油加煤油，比例是3：1或3：2，也可用硫化油。

扩展资料

钻头

在钻井过程中钻头是破碎岩石的主要工具，井眼是由钻头破碎岩石而形成的。一个井眼形成得好坏，所用时间的长短，除与所钻地层岩石的特性和钻头本身的性能有关外，更与钻头和地层之间的相互匹配程度有关 。钻头的合理选型对提高钻进速度、降低钻井综合成本起着重要作用。

钻头是进行石油钻井工作的重要工具之一，钻头是否适应岩石性质及其质量的好坏，在选用钻井工艺方面起着非常重要的作用，特别是对钻井质量、钻探速度、钻井成本方面产生着巨大的影响，PDC钻头是当今石油和天然气勘探开发行业广泛使用的一种破颜工具，它有效地提高了机械钻具，缩短了钻井周期 。

介绍

钻头是钻井设备的主要组成部分，其主要作用是破粹岩石、形成井眼。旋转钻头是目前石油行业普遍使用的钻头，在机械的带动下旋转钻头会产生旋转，从而带动整个钻头产生向心运动，并通过侵削、研磨使岩石发生裂痕并破碎，起到向下钻探的作用。

钻头是主要的钻井设备之一，根据工作环境、地域环境的不同，钻头的规格、形状也应当有所不同，在进行石油钻井工作时，应当以具体需要、具体设计方案为根据，合理地、科学地选择钻头。在具体的钻井工作中科学选择钻头、合理确定钻井液，从而提高石油钻井的工作效率、工作质量，才能使石油钻井更好地发挥自身的价值，为促进石油事业的发展作出一定的贡献。

分类及选择

目前石油行业使用的钻头有很多种类，以不同的钻进方式为根

据对钻头进行分类，可以将其分为金刚石钻头、牙轮钻头与刮刀钻头，这三种钻头是最基本的钻头形式。在这三种钻头中，在石油钻探工作中应用最为普遍、最为广泛的一种是牙轮钻头，其应用程度也比较深。将这三种钻头进行对比，使用范围最小的一种钻头是刮刀钻头。本文主要介绍的是金刚石钻头与牙轮钻头。

金刚石

切削刃使用的是金刚石材料的钻进刀具就是金刚石钻头，金刚石钻头的主要优势在于能够适应研磨性较高、地质较硬的地层，切割性能也比较优良。在高速钻探方面具有非常显著的优势。

以所适应地层的差异为根据，可以将金刚石钻头分为普通金刚石钻头、聚晶金刚石复合片钻头两大类。在这两大类之中，普通金刚石钻头适用于研磨性较高、地质较硬、地质复杂的地层；聚晶金刚石复合片钻头能够被广泛的应用于硬质地层、软质地层、软硬适中的地层，其应用范围十分广泛。刀片的不同是这两种金刚石钻头的主要差别所在。

聚晶金刚石复合片钻头主要有四个组成部分，即金刚石复合片、喷嘴、胎体以及钻头体；普通金刚石钻头主要有四个组成部分，即金刚石颗粒、喷嘴、胎体以及钻头体。因为金刚石钻头的切割性能比较优良，因此在选择金刚石钻头当做石油钻井工具时，能够高速钻探，也能够在一定程度上扩大钻深。在使用金刚石钻头进行石油钻井作业的过程中，需要高度注意的有以下几个方面：

第一，金刚石钻头的价格比较高，因此在使用时应小心操作，降低损坏程度；

第二，金刚石钻头在热稳定性方面具有一定的缺陷，因此在使用时要保证钻头的冷却性能、清洗情况；

第三，其质地比较脆，因此金刚石钻头的抗冲击性能会比较差，应该严格按照金刚石钻头的相关规程来进行严格的、规范的操作 。

牙轮

以牙轮钻头的结构为依据，可以将其分为水眼、轴承、巴掌、牙轮以及钻头体这五个部分。如果是密封喷射式的牙轮钻头，在一般情况下还包括储油补偿系统这一部分。螺纹一般会在牙轮钻头的上部，钻柱与螺纹进行相互连接，钻头下部会存在牙轮，其上带有三个巴掌，牙轮轴上装上牙轮，牙轮轴与各个牙轮之间装有轴承，牙轮会通过其自身所带的切削齿进行破碎岩石工作。

钻井液的通道就是钻头的水眼。在进行石油钻井工作的过程中，通过钻进过程中的横向剪切作用、纵向振动作用，牙轮钻头会实现破碎岩石的目的，从而能够提升钻井速度。

在选择牙轮钻头当做石油钻井工具时，需要按照钻井设备的实际情况、地层的实际条件以及相邻油井的地质资料、地层资料来进行牙轮钻头的选型。在进行选择时，需要考虑的问题主要有以下几点：

首先，应考虑钻井地层中的软硬交错情况是否存在；其次，应考虑在石油钻井工作中是否需要防斜钻进、曲线作业；

再次，应考虑同一油井中的不同钻进井段的实际深浅情况；

最后，应考虑钻井地质、地层的可研磨性以及软硬程度。

金刚石复合片

PDC钻头是当今石油和天然气勘探开发行业广泛使用的一种破颜工具，它有效地提高了机械钻具，缩短了钻井周期? 。

金刚石复合片(PDC—Polycrystalline DiamondCompact)是采用金刚石微粉与硬质合金衬底为原料，在超高压高温条件下烧结而成的复合超硬材料，它既具有金刚石的硬度与耐磨性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，是一种卓越的切削工具与耐磨工具材料，现已广泛地应用于金属与非金属切削刀具、木材加工刀具、石油与天然气钻头等许多领域。

PDC研发及其在石油、天然气钻头方面的应用历史已过去了35年，在这漫长的旅程中许多科学研究者为此作出了杰出的贡献。

在PDC研发方面，GE公司1970年公布，1972～1973年正式进行商品化生产的Compax具有划时代意义，而该公司1976年叉推出了专用于石油、天然气的PDC系列产品——Stratapax钻井钻头用PDC，为钻头的研制提供了良好的基础。

自此以后许多PDC制造公司在技术创新上也取得了重大进展，其中美国合成公司(US Synthetic)制造的金刚石层更厚、更耐冲击的PDC于上世纪90年代中期进入钻井市场后，使PDC钻头的钻井效果显著提高。1997年该公司即成为了市场份额的领头羊。

我国郑州三磨所于1987年研制成功PDC并逐步进入钻井市场，虽然产品性能还不完美，但其却以极低廉的价格赢得了我国刚起步的钻头制造业的青睐。

1992年郑州新亚复合超硬材料有限公司建成投产后，对PDC的制造技术作了持续不断的改进，使PDC的性能有了长足的进步。

PDC石油、天然气钻头的开发与应用也可追溯到30多年前，1973年Tulsa大学钻井研究中心与GE公司所进行的最初的平面PDC钻头设计以及在美国几大油田进行的几次现场钻井试验具有开创性、里程碑性的重大意义。

自此以后，钻头制造商也不断在钻头设计、制造与使用诸多方面作了不懈的努力和持续的改进，才得以使PDC钻头在石油、天然气钻井中广泛推广，并给PDC及其钻头制造业、石油与天然气开采业带来丰厚的经济回报。

1985年我国四川石油管理局与美国克里斯坦森(Eastman Christensen)公司合资建立了川石一克里斯坦森金刚石钻头公司。

1994年新疆石油管理局与Halliburtos的secarity DBS公司合资建立了新疆一帝陛艾斯钻头工具公司，这两家企业都利用了国外成熟的PDC钻头制造技术，有力地促进了我国PDC钻头的制造与应用技术的进步、促进了PDC钻头在我国各大油田的推广和普及?[6]?。

钻头发展简史

在PDC的生产技术尚未成熟，或者说PDC钻头刚开始开发之前的一段时间，就有厂家用无硬质合金衬底的聚晶人造金刚石取代天然大颗粒金刚石来制造表镶钻头。聚晶体的形状有一端为圆锥的圆柱形、三角块形、圆片形及矩形、块形等多种，如GE公司的Geoset、Fomset，De Beers公司的Syndax3以及郑州三磨所的TSP，它们的共同特点是具有高热稳定性，即耐1000℃～1100℃的高温，可直接烧结到由碳化钨粉未及粘结金属组成的钻头胎体的冠部作为钻齿，破碎与切削地层。

1969～1975年郑州三磨所分别生产了几种不同直径的JR20SN一2聚晶体，首先用于保径的孕镶钻头和扩孔器的制造，钻进矿山7级以下的地层，而后用6x 6mm聚晶体制造石油刮刀钻头，在胜利油田进行试验，以钻进同一井深2400m为例，聚晶刮刀钻头与硬质合金刮刀钻头相比，每口井可节约1.1～1.2万元，并节省78%的时间；聚晶刮刀钻头与牙轮钻头相比，节省成本50%以上，钻井时间减少5～8天。

另外1.8×5mm聚晶体制造的地质取芯钻头、扩孔器以及2.5×5mm聚晶体用于冶金、煤田及地质孕镶钻头的保径，其效果也与天然金刚石相近。

在上世纪80年代初期我国自主研发的PDC尚未成功之前，6×6mm聚晶体曾大量用于石油、天然气钻井的取芯钻头和西瓜皮式的全面钻进钻头。三角块形聚晶也曾大量用于制造中硬至硬地层(如石灰岩、白云岩)、轻微研磨性地层的取芯或全面钻进钻头。自90年代国产PDC大规模生产之后，聚晶人造金刚石逐渐退出了钻井市场，被PDC全面取代。

石油、天然气钻井用PDC钻头的研发与应用经历了一个相当长的时间，早期PDC的抗冲击性不高、存在分层现象，加上钻头设计制造方面存在问题及石油、天然气钻井具有风险性，占据钻井市场较大份额的牙轮钻头制造厂商表现不是那么积极，因此PDC钻头的研发和应用遇到了较大的困难与阻力。

美国在1973～1975年间采用GE公司生产的8.38×2.8mm、金刚石层为0.5mm厚的PDC(Compax)焊接到硬质合金齿柱上再安装到钢体钻头上进行试验，大量的原始试验数据表明：PDC可取代用于钻进最硬和磨蚀性很高的岩石的表镶钻头上的天然金刚石。

但考虑到PDC的结构与性能特点以及石油、天然气地层大都为软一中硬地层，于是钻头制造厂商把PDC应用重点放到了具有重大市场前景的石油钻井市场。美国Tulsa大学钻井研究中心参与了最初的平面PDC钻头设计，并对PDc本身进行了关键性试验。在此期间GE公司在南得克萨斯州、科罗拉多州、犹他州、上密歇根州进行了4只PDC钻头的试验，暴露了PDC柱齿、钻头设计与制造方面的一些问题。

初期试验存在的问题解决后，1976年12月GE公司推出了钻头专用PDC系列产品Stratapax，其性能有所改进，更耐冲击，也更有利于固定到钻头体上。与此同时Diamant B0art公司在波斯湾和北海盐岩中、East.man Christensen公司在北海也进行了一些较为成功的PDC钻头试验。

通过上述初步探索性试验之后，80年代末一直到现在，PDC制造厂对PDC进行了一系列的改进与创新，使PDC的各项性能得到了很大提高，而各大钻头公司随着能源市场的景气、原油价格的不断创新高，他们与石油公司一起积极开发了一系列新型PDC钻头，改善了使用效果与扩大了使用领域。

90年代起，从钻头水力学角度出发，通过完善钻井泥浆以控制页岩中钻头泥包现象获得了成功，使解决钻进页岩夹层存在的问题获得了突破性进展。PDC钻头的最大发展是Amoco公司发现了钻头损坏的最主要原因是钻头旋转偏摆(回旋)造成的，随之发展了防钻头偏摆设计技术，各钻头制造厂从钻头设计角度出发对布齿结构、刀翼结构、钻头剖面形状等采用了一系列防偏摆设计技术，将旋转偏摆程度降低到最小。

此外，Eastman Christensen公司将Amoco的防偏摆产品实现了商品化，采用了稳定钻头工作装置，使PDC在钻进时降低导致其破坏的剧烈偏摆载荷，正式推出了防旋转偏摆钻头，这种钻头在多层(非均质夹层)岩层钻进中更为有利。此外，钻头冠部形状也由平面状变为3～8刀翼甚至更多刀翼(螺旋形)的西瓜皮状。

PDC钻头不断提高与创新的另一原因是开发与应用了更为现代、更为复杂的计算机数据模型系统(CAD/CAM)，并与实验室验证相结合，增加了钻头成功应用的把握。

在我国，PDC钻头的开发因为受到PDC国产化的影响，相对美国要晚15年左右，在上世纪80年代中期，江汉钻头厂、大港总机厂钻井研究所及北京石油大学等单位开始着手研发PDC钻头，1985年川石一克里斯坦森金刚石钻头公司与1990年新疆一帝陛艾斯钻头工具公司成立后分别引进了国外成熟的PDC钻头技术及后续新技术，并采用GE、DeBeers、USS公司生产的质量稳定可靠的PDC，它们制造的钻头在钻井中均有卓越的表现。

为我国PDC钻头的开发与应用迅速铺平了道路，展现了PDC钻头在石油、天然气钻井市场的光明前景。但因钻头成本过高及售价昂贵，其应用主要在新疆地区油田及海洋油田钻井中推广。

1988年郑州三磨所自主研制的价格十分低廉的PDC投放市场后，加速了我国PDC钻头国产化的步伐，先后出现了江汉钻头厂钻井研究所、大港石油总机厂、胜利油田钻井院、大庆石油管理局钻头厂等一批PDC钻头制造厂，完全国产化的PDC钻头在大庆油田、中原油田、大港油田、胜利油田、辽河油田、吉林油田等地区得到了推广和普及。

由于20世纪90年代初国产PDC的性能还不令人满意以及部分钻头厂家钻头设计与制造水平相对较低，钻井效果尚不太理想，直到郑州新亚复合超硬材料有限公司投产后，在PDC制造技术上坚持不懈地进行研究和创新，产品的规格与国外产品一致，产品的质量及可靠性提高，才基本上满足国内外钻头客户用于钻进软一中硬地层钻头的技术要求，目前该公司主要致力于开发适合于硬地层、夹层、深井等难攻地层钻头用的PDC。

另外，在钻头制造方面，除川石一克里斯坦森金刚石钻头公司、新疆帝陛艾斯钻头工具公司外，又涌现了一批具有高质量水平的钻头制造公司：如成都百施特金刚石钻头公司、武汉亿斯达工具公司、成都迪普金刚石钻头公司及四川川石金刚石钻头公司等。可以相信，不久的将来，国产PDC钻头的使用效果及应用领域会随着PDC品质的改善以及钻头设计、制造水平的提高而迅速进步。

当今，在世界钻井市场上，在钻头制造技术与生产数量上占主导地位的知名公司有休斯(BakerHughes)公司、DBS(HaIliburton的Secarity DBS)公司、史密斯(Smith International)公司以及瑞特(Hycalog Tool—Reed)公司四家 。

参考资料来源：百度百科-钻头