金剛石鋸片刀頭胎體材料的研究情況

　　金剛石鋸片的優(yōu)異使用性能已為整個石材加工業(yè)所認同。在鋸片制造中，圍繞“性能-成本”兩個方面，各工具制造商做了大量的工作，把制造技術(shù)推上一個又一個新臺階。

　　在刀頭制造技術(shù)中，刀頭胎體材料的選擇和熱壓工藝是其中較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。Co基、青銅基合金系被廣泛選擇作為胎體材料，但在制造成本和使用性能上不能做到很好的兼顧。

　　本文通過引用固溶強化原理，并通過分析提出了Fe-Ni-Cu-W系合金作為刀頭胎體材料，經(jīng)過實驗和應(yīng)用，取得較為理想的制造成本與性能兼顧的效果。

　　[實驗原理]

　　金剛石鋸片刀頭的制造過程可描述為在一定壓力下的金屬粉末的燒結(jié)過程，是一種粉末冶金過程：均勻混合的金屬粉末在高溫(800-1000℃)和一定壓力下(180-250Kgf/cm2)，通過粉末顆粒間的擴散、熔焊、化合、再結(jié)晶等一系列物理化學(xué)作用，形成具有一定形狀和機械性能的燒結(jié)體，即為刀頭。對鋸片刀頭胎體材料的基本要求為：

　　1、 燒結(jié)體應(yīng)具有優(yōu)良的沖擊性能和適當(dāng)?shù)挠捕龋员ＷC對所包裹的金剛石形成良好的機械嚙合和對巖石適度的抗磨損能力;

　　2、 能夠在較低的燒結(jié)溫度(一般不超過950℃)下和較短的保溫時間(一般不超過5分鐘)內(nèi)完成滿足上述性能要求的粉末冶金過程，以減緩金剛石單晶的劣化趨勢;

　　3、 胎體合金中的合金組元可以良好的浸潤金剛石單晶，并通過加入的微量元素使合金組元與金剛石間產(chǎn)生化學(xué)鍵合作用，進一步提高對金剛石的把持能力。

　　研究表明，粉末冶金方式可以使胎體材料獲得與一般合金相似的組織，實現(xiàn)合金化。在合金組織中有若干種相，其中在電化學(xué)性質(zhì)與原子半徑相似的組元間，合金傾向于優(yōu)先生成固溶體相。由于固溶體相在生成過程中晶格發(fā)生畸變，使晶格位錯移動時所受到的阻力增大，從而使材料的強度、硬度提高，即產(chǎn)生固溶強化作用，因此，固溶體相成為對綜合機械性能要求較高材料的最基本組成相?？梢哉f，胎體合金能形成固溶體相是實現(xiàn)胎體材料高性能的關(guān)鍵之一。

　　根據(jù)鋸片刀頭胎體材料的基本要求，應(yīng)選擇易于在胎體合金中形成固溶體相、產(chǎn)生固溶強化作用的合金系作為胎體的基本成分，F(xiàn)e-Ni-Cu-W系合金符合這種要求：

　　Fe-Ni、Cu-Ni可以實現(xiàn)完全互溶;

　　WC/W-Ni、WC-Cu、Fe-Cu可實現(xiàn)有限互溶并可以產(chǎn)生彌散強化作用;

　　Fe、Ni第Ⅷ族元素對金剛石有良好的親和性。

　　綜合上述原理及分析，提出實驗配方及工藝。

　　[實驗]

　　1、 實驗設(shè)備: SJJ-3C熱壓機 HR-150A型洛式硬度計

　　2、 實驗原料

　　2.1主要金屬粉及性能指標

　　2.2配用金剛石技術(shù)指標

　　2.3實驗配方

　　2.4實驗燒結(jié)工藝

　　[實驗結(jié)果與分析]

　　1、 實驗結(jié)果

　　2、 結(jié)果分析

　　2.1 結(jié)果表明，F(xiàn)e-Ni-Cu-W系合金可以實現(xiàn)在較低溫度下熱壓燒結(jié)合金化，燒結(jié)體具有較好的抗沖擊性能和較寬泛的硬度范圍。

　　2.2 幾種主要組元配比的變化對燒結(jié)體性能影響較大：提高W、Fe、Ni組元在合金配方中的比例，不同程度提高了燒結(jié)體性能指標。

　　2.3 在合金中引入微量元素，強化胎體的同時，降低合金與金剛石晶體的浸潤角，改善合金對金剛石晶體的浸潤性：

　　Sn元素的引入強化Cu基體，并可與Ti元素相互作用提高對金剛石的浸潤性，不過，超過10 wt%的投入量有增加脆性傾向

　　Cr、Mn元素的引入強化Fe基體，并可提高對金剛石的浸潤性

　　加入石墨粉可提高金屬粉末的成型性、強化Fe基體、形成局部還原氣氛、活化燒結(jié)的作用

　　2.4 5、6號配方的沖擊實驗表明，金剛石的投入沒有明顯降低燒結(jié)體的強度指標。由此推斷，此配方合金對金剛石晶體的把持力不僅是機械嚙合作用，也存在化學(xué)鍵合力：合金對金剛石的良好浸潤以及Ti、W等元素與金剛石中的C原子在其界面處相互擴散形成碳化物WC、TiC，是形成這種鍵合的原因。

　　[結(jié)論]

　　1、 固溶強化原理可以作為設(shè)計金剛石鋸片刀頭胎體材料的指導(dǎo)性理論之一。

　　2、 理論分析和實驗證明，F(xiàn)e-Ni-Cu-W系合金可以作為刀頭胎體材料。

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