金剛石鋸片刀頭胎體材料的研究

/金剛石鋸片刀頭胎體材料的討論[前言]金剛石圓鋸片的優(yōu)異使用性能已為整個(gè)石材加工業(yè)所認(rèn)同。在鋸片制造中，圍繞“性能—成本”兩個(gè)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(gè)又一個(gè)新臺(tái)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(qiáng)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)過試驗(yàn)和應(yīng)用，取得較為理想的制造成本與性能兼顧的效果。[試驗(yàn)原理]金剛石鋸片刀頭的制造過程可描述為在肯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℃）和肯定壓力下（180—250Kgf/cm2），通過粉末顆粒間的擴(kuò)散、熔焊、化合、再結(jié)晶等一系列物理化學(xué)作用，形成具有肯定形狀和機(jī)械性能的燒結(jié)體，即為刀頭。對(duì)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?，以保證對(duì)所包裹的金剛石形成良好的機(jī)械嚙合和對(duì)巖石適度的抗磨損本領(lǐng)；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(shí)間（一般不超過5分鐘）內(nèi)完成充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(shì)；3、胎體合金中的合金組元可以良好的浸潤(rùn)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(jìn)一步提高對(duì)金剛石的把持本領(lǐng)。討論表明，粉末冶金方式可以使胎體材料獲得與一般合金相像的組織，實(shí)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)與原子半徑相像的組元間，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(cuò)移動(dòng)時(shí)所受到的阻力增大，從而使材料的強(qiáng)度、硬度提高，即產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用，因此，固溶體相成為對(duì)綜合機(jī)械性能要求較高材料的最基本構(gòu)成相?？梢哉f，胎體合金能形成固溶體相是實(shí)現(xiàn)胎體材料高性能的關(guān)鍵之一。依據(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(qiáng)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(shí)現(xiàn)完全互溶；WC/W—Ni、WC—Cu、Fe—Cu可實(shí)現(xiàn)有限互溶并可以產(chǎn)生彌散強(qiáng)化作用；Fe、Ni第Ⅷ族元素對(duì)金剛石有良好的親和性。綜合上述原理及分析，提出試驗(yàn)配方及工藝。[試驗(yàn)]1、試驗(yàn)設(shè)備:SJJ—3C熱壓機(jī)HR—150A型洛式硬度計(jì)2、試驗(yàn)原材料2.1重要金屬粉及性能指標(biāo)2.2配用金剛石技術(shù)指標(biāo)2.3試驗(yàn)配方2.4試驗(yàn)燒結(jié)工藝[試驗(yàn)結(jié)果與分析]1、試驗(yàn)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(shí)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幾種重要組元配比的變化對(duì)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(biāo)。2.3在合金中引入微量元素，強(qiáng)化胎體的同時(shí)，降低合金與金剛石晶體的浸潤(rùn)角，改善合金對(duì)金剛石晶體的浸潤(rùn)性：Sn元素的引入強(qiáng)化Cu基體，并可與Ti元素相互作用提高對(duì)金剛石的浸潤(rùn)性，不過，超過10wt%的投入量有加添脆性傾向Cr、Mn元素的引入強(qiáng)化Fe基體，并可提高對(duì)金剛石的浸潤(rùn)性加入石墨粉可提高金屬粉末的成型性、強(qiáng)化Fe基體、形成局部還原氣氛、活化燒結(jié)的作用2.45、6號(hào)配方的沖擊試驗(yàn)表明，金剛石的投入沒有明顯降低燒結(jié)體的強(qiáng)度指標(biāo)。由此推斷，此配方合金對(duì)金剛石晶體的把持力不僅是機(jī)械嚙合作用，也存在化學(xué)鍵合力：合金對(duì)金剛石的良好浸潤(rùn)以及Ti、W等元素與金剛石中的C原子在其界面處相互擴(kuò)散形成碳化物WC、TiC，是形成這種