Fe-Cu-Sn基金刚石锯片胎体材料制备及性能研究

摘要

金刚石锯片的锯切性能在很大程度上取决于胎体的成分,针对我国钴资源短缺,价格昂贵,而铁在很多性能上与钴相差不大,且铁价格低廉等特点,选择Fe-Cu-Sn基胎体为研究对象,研究粉末预合金化、添加成分和显微组织对铁基胎体材料性能的影响,对于深入研究开发铁基胎体材料有重要的理论意义和应用价值。本文对使用合金粉末及单质混合粉末为原料、Sn含量以及添加剂成分、含量和热压制备工艺对铁基胎体材料组织、性能的影响及锯片的锯切性能进行了以下研究。
　　 1.研究粉末预合金化对Fe-28.5％Cu-5％Sn胎体材料性能的影响。采用部分合金粉末(Fe-Cu合金粉+Sn粉)和单质混合粉末(Fe粉+Cu粉+Sn粉)为原料在常压烧结下制备Fe-28.5％Cu-5％Sn胎体材料,通过金相显微组织观察和力学性能检测等方法研究不同胎体的力学性能。结果表明:与采用单质混合粉末相比,采用合金化程度高的合金粉末能大幅提高材料的性能。
　　 2.研究Sn含量对Fe-Cu-Sn胎体材料力学性能的影响。通过X射线衍射分析(XRD)、金相显微组织观察和力学性能检测等方法研究Sn含量(3％,5％,7％,10％,15％)对Fe-Cu-Sn胎体材料力学性能的影响。结果表明:随着Sn含量的增加,材料的硬度增加,冲击韧性和抗弯强度先增加后降低,当Sn含量为5％时,试样的综合力学性能最好,其组织为本文定义的“双重结构”组织。
　　 3.研究添加剂和热压制各工艺对铁基胎体材料性能的影响。通过显微组织观察,XRD和力学性能检测等方法研究添加剂成分、含量,热压烧结温度和混料工艺对铁基胎体材料力学性能的影响。结果表明:在Fe-28％Cu-7％Sn胎体材料中分别加入体积比为6.5％的添加剂Q1、Q2、Q3(主要成分为W、Ni、Cr、WC等),采用800℃的热压温度和球磨湿混10h的混料工艺制备的三种铁基胎体材料,其力学性能均比在相同工艺下制备的Fe-28％Cu-7％Sn材料的高,其中添加剂为Q1时,综合力学性能最好。
　　 4.研究不同铁基胎体材料对金刚石把持力的影响。采用扫描电镜(SEM)及能谱分析和抗弯强度检测等方法研究四种铁基胎体材料对金刚石把持力的影响。结果表明:添加剂中的W、Cr等强碳化物形成元素在该铁基胎体中对金刚石和胎体界面结合没有明显的改善,相反由于加入添加剂后烧结过程中液相量减少,从而使金刚石对胎体的吸附力减弱,使刀头强度降低。
　　 5.研究两种成分的Φ114锯片的锯切性能。采用SEM和连续变倍体视显微镜对两种锯片锯切石材后刀头的组织和金刚石形貌进行观察和数量统计。结果表明:Fe-Cu-7％Sn成分的1号锯片的综合性能优于加入添加剂Q1的2号锯片的性能,在1号锯片刀头中金刚石的出刃率、宏观破碎率、磨平率和脱落率大于2号锯片,局部破碎率小于2号锯片。两种锯片性能达到了国内某金刚石工具厂同规格中高档工具的性能。