用粉冶法生产金刚石刀头的几个技术问题.doc

用粉冶法生产金刚石刀头的几个技术问题第l2巷第g鞴矿冶工程MININGADNMETALLURGICALENGINEERINGScptctuber1992用粉冶法生产金刚石刀头的几个技术问题.张纪(长钞矿冶研究皖)摘要车文讨论了用橱冶法生产叠刚石刀头的几十技术问匿,体和盘刚石刀头的制造拄术.关键饲糟束暗金者刀又金属胎体用粉冶法能使金剐石刀头的金属胎体具有不同的性能,以满足锯四不同材料的要求.下面讨论用粉冶法生产金刚石刀头的几个技术问题1金刚石的选择在国内,常用的人造金刚石有JRj,JR4,JR3等品种.JR.是一种高强度金刚石,颗粒透明,无杂质,具有规则的立方八面体形,这种金刚石常用于切削条件恶劣的情况,并要求金刚石刀头的金属胎体提供高的耐磨性和对金刚石的把持力.JRs的粒度有35/40,40/45,45/50,50/60.JRJ是一种强度较高的人造金剐石,它的粒度有30/35,35/40,40/45,45/50,50/60.J.也是一种强度较高的人造金刚石,多用于锯切较软的非金属材料,它的粒度有30/35,35/40,4o/45,45/50,50/60.根据用户要求,正确选择金刚石品种,粒度,浓度是很重要的,因为这需要考虑很多因素,如被锯切的材料,所用设备,切削方式,锯切工艺参数等.总之要具体情况,具体处理.锯切硬石料如花岗石要求选用高强度金刚石,锯切较软的石料,则选用中强度金刚石.锯切硬骨料的混凝土,应采用高强度金刚石,锯切软骨料的混凝土,可采用中强度金刚石.锯切钢筋混凝土,由于金刚石交替了Pl5:岬盘刚石选择,盘副石刀的金属腑地承受高低切削力,故采用韧性高的金刚石.锯切硬耐火材料如莫来石砖,应选用高强度金刚石,锯切半硬耐火材料,可选用中强度金刚石(图1).红花满黑花岗石夫理百钢筋混凝L什料掘凝土普通混凝上碰耐火材抖半硬耐戈忖料戟耐戈时辩圈1加工非金属材料推荐用盎刚石国内石材加工常用梁式圊锯机,切削方式有顺锯和逆锯(图2).采用顺锯时,垂直切削分力较大,水平切削分力较小,金刚石切除出的石料量较大,因此直选用强度大的金刚石,以延长其使用寿命.采用逆锯时,由于垂直切削分力较小,水平切削分力较大,故可以选用强度较小的金刚石.实际上粱式圆锯机的机头是沿水平方向作往返运动,即采用顺锯和逆锯两种切削方式,以减少圆锯机的停机时间.金刚石粒度是影响它在金属胎体中外露高鹱和锯切区窖屑问隙的重要因素.当切除率一定时,金刚石粒度与圆锯片的切削速度存在相应的关系.在高速切削时,金刚石外露高度应适当低些,可采用较细粒度的金刚石,固为在这种情况下,金刚石浓度一定时,它的颗粒数较多,加工切削频率较高,矿冶工程12卷._E一.uu旨白逆锯图2梁武圆锯机所以其切削效率与数量较少而切削速度较低的粗颗粒情况相当.如果圆锯片的线速度保持不变,要提高切除率,应增大金刚石粒度,因为单位时间内要求每颗金刚石切除出更多的碎屑,故要求有较大的容屑问隙.锯切较软的材料,要求选用较粗的金刚石粒度,因为在这种情况下,每颗金刚石的载荷不太大,且切屑较粗,需要较大的容屑间隙,但这时容易出现过度脱落现象,或在金剐石上产生大磨损面.锯切硬材料时,一般采用较细的金刚石,效果会更好.刀头中金刚石浓度决定了每颗金刚石承受的载荷.当锯切工艺参数已定时,金刚石浓度愈大,单位面积上金刚石颗粒数愈多,每颗金刚石的载荷愈小,因此刀头的使用寿命延长.2金刚石刀头的金属胎体生产金刚石刀头是用几种金属(台金)粉和金刚石经粉冶后制成的,金属胎体用来把持金刚石,并在锯切时髓着金刚石磨耗,它本身又能以适当的速率被磨掉,使金刚石不断外露,以达到最佳切削效果.刀头胎体中金属(合金)粉的纯度,形状和粒度会影响金刚石刀头的性能不同的制粉方法,金属(合金)粉的纯度,形状和粒度也不相同.常用的制粉方法有还原法,雾化法和电解法一般电解粉的纯度高,颗粒呈树枝状,粒度较细,但成本较高.雾化粉的纯度也较高,颗粒呈球状,粒度粗,可达o.51mm.还原粉的纯度较低,颗粒呈不规划形,粒度也较细,但成本低.金属粉粗,粒度又均匀时,它们的流动性好,松装密度较大,但活性较小,粉冶后金属胎体的致密性可能差些,把持金刚石的能力和耐磨性也可能差些,因此它们容易被磨蚀和脱落.粒度均匀的细金属粉,它们的流动性较差,松装密度较小,但活性大,粉冶后金属胎体的致密性,抗磨蚀的能力和对金刚石的把持作用都较好.实际上,金属粉的粒度会有粗有细,如果它们的配比适当,则粉冶后金属胎体的致密性,耐磨性和对金刚石的把持力也可能好.在这种情况下,金刚石刀头的锯切性能也会进到景佳状态(图3)./.金杠L金属粉细金届粉甫粗细圈3垒属粉粒度的髟响根据不同的锯切条件,金刚石刀头的金属胎体配方也不同.常用的有钴基,青铜基等胎体.常用的金属(合金)粉有钻粉,锕粉,青锕粉,镍粉,铁粉等.金属胎体配方不宜太复杂,否则难于掌握金刚石刀共性能的变化规律和控制产品质量.金属胎体的耐磨性必须与被锯切材料的研磨性相适应,以确保金刚石适当地露出胎体的工作表面,但又不会过早的脱落.如果金属胎体辎对于金刚石太软,则金剐石可能过早地脱落.反之,金属胎体耐磨性太好,将造成金刚石刀头工作表面被抛光,即出现所谓的打滑现象.当锯切硬而致密的石料时,会形成细的碎膊,在这种情况下,金属胎体第3期张纪用糟冶涪生产盘刚石刀的几十技木问题磨耗较慢,反之,当锯切软而琉松的石料时,会形成大量的粗碎屑,在这种情况下,金属胎体通常被磨耗得较快.刀头胎体中用钴粉能提高它的综合性能.因为钴的强度和韧性好,且具有优良的粉冶特性,故它是一种强韧的基体相,特别适用于做锯切花岗石的金刚石刀头.青铜粉也是一种基体相,且随着锡含量增加,其硬度有所增大,但它的耐磨性较小,故常用于傲锯切大理石的金刚石刀头.由于青铜粉熔点较低,在热压时,可能呈熔融状态,填充到其它高熔点金属粉的间隙中,将它们粘结在一起或与它们合金化,使金属胎体致密,对金刚石的把持作用会有所增强,故它也用作添加相.加铜粉能增加金属胎体的塑性,在热压时,它可能与其它金属粉合金化,使刀头胎体致密,但铜或铜合垒一般较软,因此加铜粉常使刀头胎体硬度和耐磨性下降,使用寿命相应地缩短.碳化钨粉是一种硬质相,刀头胎体中加适量的碳化钨粉能大大提高硬度,增加耐磨性,延长使用寿命.圆锯片工作时,刀头中的金刚石要承受切削力,这不仅要求金刚石要好,而且要求刀头胎体对金剐石的把持要牢.金属胎体的把持力有机械的或化学的.机械的把持力常常是不够的,最好是再加上化学的把持作用,即形成金刚石/金属胎体界面的化学键合.饲如刀头胎体中加钨粉,它能在较低的温度下与金刚石的碳原子发生固态化学反应,形成碳化钨,又不损坏金剐石的性能,因而能大大增强金属胎体对金刚石的把持作用.随着钨粉加入量的增加,在金刚石/胎体界面上可能形成连续的碳化钨层,但该中间层不宜太厚,否则会适得其反,使金刚石与金属胎体的结合强度减小,这是因为碳化钨层性脆,其中可能存在缺陷的缘故.3金刚石刀头的制造技术众所周知,温度超过1000.人造金刚石的性能明显下降,因此金刚石刀头生产时,要考虑这个热稳定性问题.另外,垒刚石在惰性气氛中加热直到1500都不会转变成石墨,但存在氧和金属时情况就不同,金刚石在800C以上会发生石墨化,这不仅影响它的性能,而且使金属胎体的把持力下降.金属(合金)粉配方后,需进行混料,由于几种金属(合金)粉的比重相差很大,容易出现不均匀,另外有些金属粉形状不规则,粒度较细,它们的流动性和松装密度较差,因此混料均匀后,有时要进行制粒,以保持金属胎体组成均匀和稳定,改善装粉时它的流动性和充填性,便于冷睚自动,提高生产率,同时免去人工装粉的劳动和粉尘对工人身体健康的危害.金刚石与金属胎体粉的混合对刀头性能的影响也很大.因为混合不均匀,粉冶出的金刚石刀头各部分性能相差很大,这将造成局部金属胎体把持金刚石不牢,或局部金属胎体太软,使圆锯片工作时,金刚石刀头过早地磨耗掉.生产金刚石刀头可以栗用两种方法t装粉热压和冷压坯热压,后者具有下列优点;(1)先冷压成刀头坯,压力可适当小些,达到一定的致密度,便于工人装模就够了,因此冷压用钢模具的消耗并不太高.(2)装粉热压时,刀头容易出现飞边,石墨模具的消耗也大,而先冷压成刀头坯,在随后的热压时,石墨模具的消耗可大大减少.(3)冷压坯热压鲁能提高刀头性能,因为热压前金属(合金)粉已基本压实,热压时又进一步致密化,故刀头质量会提高.(4)当生产多层组合式刀头时,非采用先冷压成坯后热压的方法不可.生产金刚石刀头,它具有下列优点:矿滑工程第12卷热压常用百墨模异,(1)石墨模具的成本低,制造容易(2)石墨模具虽然受载能力差些,fF【能抗高温,不怕氧化.(3)石墨模具在高温下生成的CO/CC2还原性气氛能保护金刚石和金属粉不被氧化.热压工艺参数对金刚石刀共性能影响也不小.其中特别是热压温度,压力和保温时间.对于固液相烧结的情况,热压温度一般是决定于金属胎体中熔点最低的组分,以产生少量的液相为准,尽可能在较低的温度下热压.压力主要决定于石墨模具的性能,通常采用高纯度高强度高电阻率的石墨来做模具,一般要求在800-1000能抗30MPa以上的压力.保温时间要适当,太短金刚石刀头内部烧不透,造成它内外性能差异大,工作时往往出现刀头锯切性能先好后差的情况,使用寿命大为缩短.太长金刚石损伤犬,刀头性能变差,另外石墨模具的消耗增大,生产率也会降低.4结语技术,同时要考虑产品成本.当劳务费用较低时,金刚石刀头的使用寿命是关键因素.当薪务费用较高时.生产率则变成关键因素刀头胎体用金属(台金)粉的纯度,形状,粒度对金刚石刀头性能有较大影响,一般应采用纯度高,颗粒呈球形,粒度在适当的范围内有粗有细,以改善金属(合金)粉的流动性,装填性和活性,经热压后使刀头胎体致密化,性能达到最佳.金属胎体的配方主要考虑它的耐磨性和对金刚石的把持作用.刀头胎体的耐磨性应与被锯切的材料相适应,要保证锯切时,金刚石适当地露出刀头的工作表面,而又不致过早地脱落.金属胎体把持金刚石的能力要强,纯机械的把持力常常是不够的,最好是辅以化学的把持作用,例如在刀头胎体中加钨粉.用粉冶法生产金刚石刀头要特别注意混料的均匀性,稳定性,玲压热压工艺.考虑金刚石与金属(合金)粉比重的差异,金刚石的热稳定性和石墨化,以确定出最佳的刀头制造技术.参考文献用粉冶法生产金刚石刀头要根据不同的1J.Konmnty,IDR,1991(1)231锯切对象和工艺条件,正确选择金刚石的品2MacroDiv?ofKermametalInc,IDR,1985种,粒度,浓度,金属胎体配方和刀头制造):.一.SOMEPROBLEMSONTHEPRODUCTION0F口lMONOSEGMENTSWl11IAPOWDERMET札LURGYrEcIINIQUEZhangJi(ChangshaResearchInstitute.fMiningandMetaurgy)AbstractInthispapersome