PL2089604T3

Earth-boring rotary drill bits including bit bodies comprising reinforced titanium or titanium-based alloy matrix materials, and methods for forming such bits

Abstract

Earth-boring rotary drill bits include bit bodies comprising a composite material including a plurality of hard phase regions or particles dispersed throughout a titanium or titanium-based alloy matrix material. The bits further include a cutting structure disposed on a face of the bit body. In some embodiments, the bit bodies may include a plurality of regions having differing material compositions. For example, the bit bodies may include a first region comprising a plurality of hard phase regions or particles dispersed throughout a titanium or titanium-based alloy matrix material, and a second region comprising a titanium or a titanium-based alloy material. Methods for forming such drill bits include at least partially sintering a plurality of hard particles and a plurality of particles comprising titanium or a titanium-based alloy material to form a bit body comprising a particle-matrix composite material. A shank may be attached directly to the bit body.

Term

1.1 yearsto projected expiry

Projected expiry 5 November 2027, counted from filing; an application has no term until it is granted.

  1. Priority
  2. Filed
  3. Published
  4. Today
  5. Projected expiry

1 claim: 1 independent, 0 dependent

  1. 1
    Zastrzeżenia patentowe 1. Obrotowy świder wiertniczy (10, 70) do wiercenia podziemnej formacji, przy czym świder zawierający:korpus świdra (12, 72, 130, 150, 160) zawierający materiał kompozytowy matrycy cząsteczkowej (15);oraz co najmniej jedną konstrukcję tnącą (34) umieszczoną na powierzchni czołowej (18) korpusu świdra;obrotowy świder wiertniczy znamienny poprzez materiał kompozytowy zawierający wiele obszarów fazy twardej rozproszonych w materiale z matrycą z tytanu albo stopu opartym na tytanie. 2. Obrotowy świder wiertniczy (10, 70) według zastrz. 1, ponadto zawierający trzon (20) bezpośrednio zamocowany do obszaru korpusu świdra (12, 72, 130, 150, 160) zawierającego materiał kompozytowy matrycy cząsteczkowej (15). 3. Obrotowy świder wiertniczy (10, 70) według zastrz. 2, ponadto zawierający co najmniej jeden element zabezpieczający (46) poprzez co najmniej część zewnętrznej powierzchni trzonu (20) oraz opierający się o co najmniej jedną powierzchnię czołową korpusu świdra, przy czym mechaniczny luz ujemny pomiędzy trzonem, elementem zabezpieczającym, oraz korpusem świdra (12, 72, 130, 150, 160) co najmniej częściowo mocują trzon do korpusu świdra. 4. Obrotowy świder wiertniczy (10, 70) według któregokolwiek z zastrz. 1 do 3, w którym materiał z matrycą z tytanu albo stopem opartym na tytanie materiału zespolonego zawiera stop tytanu α+β albo stop tytanu β. 5. Obrotowy świder wiertniczy (10, 70) według któregokolwiek z zastrz. 1 do 4, w którym materiał z matrycą z tytanu albo stopem opartym na tytanie materiału zespolonego zawiera co najmniej około 87,5 procent wagowo tytanu, w przybliżeniu 6,0 procent wagowo aluminium, oraz w przybliżeniu 4,0 procent wagowo wanadu. 6. Obrotowy świder wiertniczy (10, 70) według któregokolwiek z zastrz. 1 do 5, w którym wiele obszarów fazy twardej zawiera co najmniej wiele cząstek węglika tytanu, wiele cząstek borku tytanu, oraz wiele cząstek wolframu rozproszonych w materiale z matrycą z tytanu albo stopem opartym na tytanie. 7. Obrotowy świder wiertniczy (70) według któregokolwiek z zastrz.1 poprzez 6, w którym korpus świdra (72, 150, 160) zawiera: pierwszy obszar (74, 152, 162) posiadający pierwszy skład materiału, powierzchnię czołową pierwszego obszaru ukształtowaną do podtrzymywania wielu tnących elementów (34) do sprzęgania z formacją ziemną;oraz drugi obszar (76, 154, 164) posiadający drugi skład materiału różniący się od pierwszego składu materiału. 8. Obrotowy świder wiertniczy (70) według zastrz. 7, w którym pierwszy skład materiału wykazuje pierwszą twardość oraz drugi skład materiału wykazuje drugą twardość, przy czym druga twardość jest mniejsza niż pierwsza twardość. 9. Obrotowy świder wiertniczy (70) według zastrz. 7 albo 8, w którym pierwszy obszar zawiera co najmniej jeden stop α+β oraz stop beta (β) posiadający twardość większą niż około 350 na skali twardości Vickersa, oraz w którym drugi obszar zawiera co najmniej jeden stop α+β oraz stop beta (β) posiadający 1/2 odporność na pękanie większą niż około 100 MPa-m . 10. Obrotowy świder wiertniczy (10, 70) według któregokolwiek z zastrz.1 do 9, ponadto zawierający warstwę azotku tytanu umieszczoną na co najmniej części powierzchni czołowej obrotowego świdra wiertniczego ukształtowanego do sprzęgania się z podziemnymi formacjami podczas wiercenia. 11. Obrotowy świder wiertniczy (10, 70) według któregokolwiek z zastrz.1 do 10, w którym materiał kompozytowy matrycy cząsteczkowej wykazuje współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej w temperaturze pokojowej pomiędzy około 7,5 μm/m°C a około 9,5 μη/η°Ο. 12. Sposób kształtowania ziemnego obrotowego świdra wiertniczego (10, 70), przy czym sposób obejmuje: kształtowanie korpusu świdra (12, 72, 130, 150, 160) zawierającego materiał kompozytowy matrycy cząsteczkowej ;oraz mocowanie trzonu (20) do korpusu świdra;przy czym sposób znamienny tym, że kształtowanie korpusu świdra obejmuje: dostarczanie surowego składnika proszku (110, 120) zawierającego: wiele cząstek twardych, każda zawierająca materiał twardy;oraz wiele cząstek materiału z matrycą z tytanu albo stopem opartym na tytanie;co najmniej częściowe spiekanie surowego składnika proszku;oraz mocowanie trzonu bezpośrednio do korpusu świdra. 13. Sposób według zastrz. 12, w którym co najmniej częściowe spiekanie surowego składnika proszku obejmuje: częściowe spiekanie surowego składnika proszku (110, 120) do utworzenia brązowej struktury (111, 121);obróbkę skrawaniem co najmniej jednego elementu w brązowej strukturze;oraz spiekanie brązowej struktury do pożądanej ostatecznej gęstości. 14. Sposób według zastrz. 12 albo 13, ponadto obejmujący dostarczanie warstwy azotku tytanu na co najmniej części powierzchni czołowej korpusu świdra (12, 72, 130, 150, 160) ukształtowanego do sprzęgania się z podziemną formacją podczas wiercenia. 15. Sposób według któregokolwiek z zastrz. 12 do 14, ponadto obejmujący obróbkę skrawaniem co najmniej jednego elementu w surowym składniku proszku (110, 120) przed co najmniej częściowym spiekaniem surowego składnika proszku. 1/11 2/11 3/11 4/11 5/11 6/11 7/11 8/11 9/11 /-\ 21 FIG.5 FIG. 6 10/11 11/11 DOKUMENTY PRZYTOCZONE W OPISIE Lista przytoczonych przez Zgłaszającego dokumentów została zamieszczona wyłącznie do informacji czytelnika i nie stanowi części składowej europejskiego dokumentu patentowego. Została ona zestawiona z największą starannością;EUP nie ponosi jednakże żadnej odpowiedzialności za ewentualne błędy lub braki. Literatura patentowa przytoczona w opisie • US 20050211475 A [0003] US 4094709 A [0068] US 4233720 A [0068] US 4341557 A [0068] US 4526748 A [0068] US 4547337 A [0068] US 4562990 A [0068] US 4596694 A [0068] US 4597730 A [0068] US 4656002 A [0068] US 4744943 A [0068] US 5232522 A [0068] US 4499048 A [0069]