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(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(guò)引用固溶強(qiáng)化原理，并通過(guò)分析提出了Fe-Ni-Cu-W系合金作為刀頭胎體材料，經(jīng)過(guò)實(shí)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。

　　[實(shí)驗(yàn)原理]

　　金剛石鋸片刀頭的制造過(guò)程可描述為在一定壓力下的金屬粉末的燒結(jié)過(guò)程，是一種粉末冶金過(guò)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(guò)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，形成具有一定形狀和機(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)挠捕龋员ＷC對(duì)所包裹的金剛石形成良好的機(jī)械嚙合和對(duì)巖石適度的抗磨損能力;

　　2、 能夠在較低的燒結(jié)溫度(一般不超過(guò)950℃)下和較短的保溫時(shí)間(一般不超過(guò)5分鐘)內(nèi)完成滿足上述性能要求的粉末冶金過(guò)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(guò)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(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(guò)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組成相。可以說(shuō)，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。

　　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(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，提出實(shí)驗(yàn)配方及工藝。

　　[實(shí)驗(yàn)]

　　1、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備: SJJ-3C熱壓機(jī) HR-150A型洛式硬度計(jì)

　　2、 實(shí)驗(yàn)原料

　　2.1主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實(shí)驗(yàn)配方

　　2.4實(shí)驗(yàn)燒結(jié)工藝

　　[實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析]

　　1、 實(shí)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 幾種主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(guò)，超過(guò)10 wt%的投入量有增加脆性傾向

　　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

　　2.4 5、6號(hào)配方的沖擊實(shí)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，是形成這種鍵合的原因。

　　[結(jié)論]

　　1、 固溶強(qiáng)化原理可以作為設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)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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