氧含量对金刚石工具胎体力学性能的影响.docx

俘掳钎焊专题巧锄砌。踢獭衫氧含量对金刚石工具胎体 力学性能的影响郑州机械研究所新型钎焊材料与技术国家重点实验室(450001)丁天然龙伟民 张海燕马力 张冠星摘要采用粉末冶金方法制备了铁基胎体的金刚石工具，通过检测材料的硬度、抗弯强度、抗剪强度等力学性 能考察了不同氧含量对连接强度的影响。结果表明，随着氧含量的降低，烧结基体的硬度、抗弯强度和抗剪强度等 力学性能明显增强。当氧含量小于002时，胎体断口致密化程度很高，力学性能可达到最佳。关键词：氧含量烧结基体连接强度 中图分类号：tg425硬度、抗弯强度和抗剪强度，用扫描电镜对断口进行扫0前言描，观察并分析显微组织，研究出氧含量对预合金粉胎在金刚石制品的使用过程中，金刚石的利用率非体力学性能及微观组织的影响。 常低，这是因为刀头中的金刚石并非磨损失效，而是以11原材料 脱落的形式大量流失。采用粉状钎料作为预合金粉末制备铁基胎体的原材料有fe粉、cu粉、sn粉、zn实现对金刚石的扩散连接，是提高金刚石与胎体结合粉及郑州机械研究所自主研发的某牌号预合金粉，粒力的有效途径。由于预合金粉末是预先熔炼成合金再度均小于75m。 制成的粉末，因此每个粉末颗粒中都包含了组成合金1。2试验设备 粉末的各种金属元素，这就比机械混合多种单一金属该试验使用的仪器有混料机、氧氮氢联测仪、热压 粉末要均匀得多，使用性能也稳定得多。机、洛氏硬度计、万能试验机。目前，制约中国超硬材料工具行业发展的瓶颈之13试样制备一是工具材料和烧结制备工艺技术，尤其是粉末材料将制备好的预合金粉与铁基胎体粉末分别放人混 的质量状态。而金属粉末的氧含量对烧结基体颗粒间料机中混合90 min；混合均匀后分别放人专用容器中， 的界面结合强度、基体的致密化程度、钎料对金刚石的做好标识备用。 润湿及把持力等性能有显著影响，进而影响基体的综将混合好的胎体原料分别装入石墨模具，在相同 合力学性能，影响工具的使用效率和寿命。文中通过 的烧结工艺条件下放人热压机中进行烧结，制备40 mm 在铁基胎体中加入不同氧含量的预合金粉末压制刀头8 mm32 mm抗弯试样，测试不同氧含量下试样的 来考察胎体性能的变化，从而准确获得氧含量对铁基 硬度、抗弯强度及抗剪强度等力学性能。 金刚石工具胎体性能的影响。6j。2试验结果及讨论1试验方案 粉末氧含量的高低对金属结合剂金刚石工具的性 选定一组优化过的预合金体系配方，采取相同的能有着十分重要的影响，直接决定着胎体致密度、硬 烧结工艺制备40 mm8 mm32 mm抗弯试样，采用氧度、抗剪强度、胎体对金刚石的把持力以及耐磨性等一氮氢联测仪测试挑选出5组氧含量在002一03范系列性能指标。围内的预合金粉末胎体，测试不同氧含量胎体试样的21氧含量对烧结胎体硬度的影响图1为氧含量不同的预合金粉末对烧结胎体硬度收稿日期：20121210 的影响曲线。从图1中可以看出，在烧结条件相同的42 2013年第1期万方数据钎焊专题r蟮掳情况下，随着氧含量的降低，胎体硬度有升高的趋势， 大，界面结合力增强。低熔点合金能很好地润湿其它 但不是特别显著。从试验结果得知，当粉末中的氧含金属颗粒而不会外流，从而有效地发挥了其在胎体中 量大于008时，胎体硬度变化不大，当粉末中的氧含 的作用。 量小于008时，胎体硬度上升明显，特别是当氧含量降到002以下时，胎体硬度达到了hrbllo。这是因 为当粉末中氧含量过高时，粉末颗粒由于被氧化膜包日山譬、裹，彼此间结合能力很差，所以硬度较低。并且低熔点金属对其它金属颗粒的润湿性也很差，造成颗粒之间魁憩相互排斥，使液相从烧结体中流出，烧结不会被强化，静螺从而影响了烧结基体的力学性能。随着氧含量的降伽枷咖咖咖伽猢。低，烧结基体的硬度明显升高，说明颗粒间的界面结合03力得到提高，致密化程度上升。氧含量()图2不同氧含量对烧结胎体抗弯强度的影响一23氧含量对烧结胎体抗剪强度的影响ez一粉末中氧含量的降低，也促使胎体抗剪强度增强。魁髫图3为不同氧含量对烧结基体抗剪强度的影响曲线。从曲线中可以看出，当氧含量小于002时，胎体的抗加舳加o剪强度提高很快，随着氧含量的继续降低，曲线上升平03缓。氧含量()图1 氧含量对预合金粉胎体硬度的影响曲线1 ooo莹800h600另外，烧结温度和烧结气氛也会改变烧结胎体的氧含量，从而影响胎体硬度。例如，当烧结温度过高，警400容易造成胎体粉末过烧，粉末流失就会降低粉末颗粒羹2000间的界面结合强度，使胎体出现很多烧结孔洞，导致胎体致密度下降，从而使胎体硬度降低。氧含量()当烧结在还原气氛中进行时，随着胎体粉末氧含 量的降低，粉末颗粒间结合强度增强，胎体烧结质量得 图3不同氧含量对烧结胎体抗剪强度的影响 到改善，会提高其硬度值。22氧含量对烧结胎体抗弯强度的影响24氧含量对烧结胎体断口显微组织分析 金属粉末颗粒表面氧化膜的厚度、分布状态对金图4为不同氧含量粉末胎体断口的sem形貌图。刚石工具的力学性能有着很大的影响。氧化膜厚度 从图4中可以看出，氧含量在大于03时，胎体孔洞 大、分布连续，会阻碍烧结过程中合金粉末的合金化进 较多。这是由于粉末颗粒表面的氧化膜过厚，阻碍了 程，降低颗粒间界面结合强度，妨碍液相的流铺性，从 颗粒间的界面结合，使得烧结时粉末之间的结合力差， 而影响金刚石工具的力学性能。 限制了颗粒之间的扩散和合金化进程，致密化程度较图2为不同氧含量与烧结胎体抗弯强度的关系差。 图。由图2可知，随着粉末氧含量逐渐降低，胎体的抗 当氧含量小于002时，胎体断口形貌得到显著 弯强度随之增强。这是由于氧含量的降低使得包裹粉 改善，胎体孔洞明显变少、变小。这说明粉末颗粒间由 末颗粒的氧化膜的厚度减小，颗粒之间的接触面积增 于氧含量的减少发生了合金化，颗粒彼此联结、长大，2013年第1期43万方数据俘掳钎焊专题哆雾砌劈彳。刃戮膨(c)00802(d)002一o08 (e)小于002图4不同氧含量粉末胎体断口sem形貌使得胎体致密化程度大大提高。特别是当氧含量小于 2龙伟民，朱坤，曾大本，等金刚石锯片焊接技术的研究002时，胎体断口形貌基本呈韧性断口，韧窝明显， j金刚石与磨料磨具工程，2002，44(3)：14一18 组织致密化程度极高，此时胎体的硬度、抗弯强度、抗 3丁天然，龙伟民，乔培新，等预合金粉对金刚石复合体组 剪强度等力学性能提高特别明显。织结构影响及机理分析j焊接学报，2011，32(4)：75783结论4董书山，张永第，吴雪峰，等中国超硬材料技术发展论坛 c郑州：中国超硬材料技术发展论坛，2009：117120(1)氧含量的高低对胎体的烧结质量有着十分重5罗锡裕，麻洪秋，黄漫，等金刚石工具代钴预合金代钻要的影响，主要影响着胎体的合金化程度、致密化程粉末的研究及应用j金刚石与磨料磨具工程，2006度、粉末颗粒间的结合力等。(1)：1823(2)随着氧含量的降低，烧结基体的硬度、抗弯强6韩娟，姚炯斌，刘一波，等磷铁含量对高铁基胎体性能度和抗剪强度等力学性能明显增强。与氧含量高于 的影响j金刚石与磨料磨具工程，2010(3)：495403相比，当氧含量小于002时，胎体的硬度提高47，抗弯强度提高152，抗剪强度提高2