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1、烧结工艺对锯切工具性能的影响作者简介：向刚强 男 1999年毕业于燕山大学材料工程学院，学士学位，毕业后一直从事超硬材料工具的研究与开发。摘要：烧结工艺是决定金刚石制品性能的重要因素，本文研究在无压烧结、高温高压、低压烧结等不同烧结工艺条件下，锯切刀头硬度、抗弯强度及合金化程度等物理性能的变化，粗略测试并分析了不同烧结工艺对锯切性能的影响，提出了一种新的烧结工艺方法。关键词： 低压烧结 工艺曲线 锯切工具The effects of sintering technology on cutting toolsperformanceAuthor: Xiang gangqiang, male, gr
2、aduated from YanShan University Material Engineering College, bachelor, undertake research and development of super-hard material tools since graduation.Abstract: sintering technology is a decisive factor on diamond tools performance. This paper studies the physics properties change of cutting tools
3、 segments hardness, bending resistance and alloying degree under different condition of free sintering, high temperature high pressure sintering, low pressure sintering, etc. roughly tested and analyzed the effects of different sintering technology on cutting tools performance, presents a new sinter
4、ing method.Keywords: low pressure sintering technical curve cutting tools1、引言主要加工功能的节块，烧结工艺决定金属结烧结是金刚石工具制造过程中最重要的合剂的性能。烧结过程是在一定的温度压力 过程，通过烧结，将金刚石及金属胎体以化条件下（烧结工艺），使金属结合剂中不同的 学或机械的方式结合，形成在工作过程中起成分之间相互填充、扩散与渗透的过程，在此过程中，伴随结合剂成分间的反应、扩 散、溶解以及再结晶等，烧结工艺主要涉及 的参数有烧结温度、保温时间、压力等，由 这些工艺参数组成的数据，即可形成烧结工 艺曲线，在日常生产过
5、程中，工艺曲线是直 观反映烧结工艺的一种形式。工艺曲线的变 化，直接影响到结合剂的合金化程度、致密 度、抗弯强度等，从而影响金刚石的把持力 及产品的使用性能。传统烧结工艺曲线主要 有无压烧结、高温高压烧结等。本文试图通 过研究不同烧结工艺曲线条件下，锯切刀头 硬度、抗弯强度、合金化程度等性能的区 别，测试并分析不同工艺条件对锯切性能的 影响，提出一种新的烧结工艺模式。 2、试验方法制作试样的胎体配方含有Cu、Fe、Co、Ni、Sn、WC 等粉末成分，加入高品级金刚石。混料采用MX-6摇摆式三维涡流混料机，混料时间2 小时, 采用先冷压后热压生产方式。试样尺寸为30x5x12，分别用1#、 2#
6、、 3#烧结工艺烧结，工艺曲 线分别见图1、图2、图 3。 1#工艺采 用降温加压方式，在温度达到最高点 时，采用较低的压力，降温后，逐步升 高压力并达到最高点；2#工艺采用提 前加压方式，在达到最高温度前，将压 力升至最高；3#工艺采用压力和温度 同步模式。热压烧结设备为进口 DSP300型热压烧结机，功率为 80KW。图1图2图33、试验结果与分析o O o O9 8o o o o O o o o o O7 6 5 4 3 度硬匾强弯-图6在三种工艺曲线方式下，以不同温 度烧结试验配方，刀头的抗弯强度及硬 度随温度变化情况见图4、图 5、图 6。由图看出，每一种工艺烧结的试样 在初始阶段，
7、抗弯强度随着温度的升高 而升高，抗顽强度达到最高点后，开始 下降，这个最高点对应的温度即各工艺 最佳烧结温度，他们分别为：795C、 770C、750C，对应的抗弯强度分别 为 957Mpa、913 Mpa、820 Mpa。硬度 随温度变化的趋势不明显。硬度一一抗弯强度图4度硬匾强弯抗4*006图5试验结果表明，1#、2#、3#烧结 模式的锯切刀头烧结温度及抗弯强度依 次降低.不同工艺条件下，硬度的变化 也不明显。由热压烧结原理我们知道， 加热过程中，低熔点金属先熔化成液 体，在压力及骨架粉末界面形成的毛细 管作用下，液相在胎体内部渗透、扩 散，并迅速与Cu及Fe、Co、Ni等骨 架相元素互溶
8、或形成合金，直到最后烧 结完成。1#模式采用高温低压模式， 即在高温阶段施加非常小的压力，可以 保持骨架相之间的毛细孔隙较长时间， 最大限度的防止低熔点金属的流失及促 进烧结过程的渗透、扩散作用，使低熔 点金属可以充分、均匀的分布到骨架相 之间，使粉末界面反应更加充分，烧结 体结构更加均匀，合金化程度更高，可 以达到更好的致密度；2#模式采用预 压方式，即在低温阶段将压力升至最 高，这也有利于低熔点金属的渗透及防 止热压损失，但在另一方面，预压会使 骨架相过早闭合毛细管空隙，在一定程 度上会阻止液相的进渗透与扩散，减少 界面反应，降低合金化程度和烧结体结 构的均匀性。3#模式是金刚石工具行 业
9、早前使用的工艺方式，这种方式与前两种工艺比，具有明显的缺陷：烧结过 程容易跑料，导致烧结温度比前两种工 艺低，液相渗透和扩散不充分，界面反 应少，合金化程度低，易形成大量的假 合金，烧结体难以达到高致密度。 4、切割试验为了保证试验的可靠性，试洋采用 了两种切割方式来比较不同工艺条件锯 切刀头的性能，一种采用固定切割拉力 的定载模式，另为一种采用固定切割长 度的定量模式，从不同的角度，分析工 艺对锯切性能的影响。4.1 定载切割试验用外径为巾114mm的锯片做切割 试验，切割机型号MB110,功率1.5KW,转速为5900r/min,分别切割 台山红、西班牙米黄，规格都为 600x600x20
10、,切割载荷为 4.5Kgf, 比较锯片切割速度、机器电流和锯片消 耗的变化。具体试验数据见表1 和表 2。表 1 花岗岩定载切割工艺锯片外径切割对平均切割 象电流切割速度 (m/min)消耗(克咪)1号C 114mm5.0A2.50.272号花岗岩 4.9A2.30.293号4.9A2.20.30注：拉力 4.5Kgf表 2 大理石定载切割工艺锯片 外径切割对平均切割 象电流切割速度(m/min)消耗 (克咪)1号C 114mm3.8A3.50.152号大理石3.9A2.90.1753号3.9A2.80.180注：拉力 4.5Kgf由数据得知, 切割载荷固定为 4.5Kgf 的情况下,三种工艺
11、条件下生 产的锯片刀头,切割花岗岩时, 1#- 3#工艺切割速度依次减慢,但变化不 明显, 1 #的消耗小于其他两种。切割 大理石时, 1#工艺的切割速度及锯片 消耗明显好于 2#与 3#工艺。4.2 定量切割试验用外径为 300mm 的锯片进行切 割,切割量为 120 米,切割对象同定 载切割试验，切割机型号为MB350，功 率为5.5KW,转速为2200r/min切割 长度为 120 米,切割花岗岩和大理石 的速度分别为 2.2m/min、4.0m/min, 比较锯片的外径消耗和锯片重量,具体 数据见表4和表5。表 4 定量切割锯片消耗工艺锯片外 径切割对象 /数量切割速度(m/mi n)
12、外径消 耗重量消 耗1号300mm台山红 /120 米2.21.6mm18.7 克2号2.21.7mm19.5 克3号2.22.1mm25.3 克表 5 定量切割锯片消耗工艺锯片外径切割对象切割速度/ 数量(m/min)外径消耗重量消耗1号4.01.1mm11.2 克2号C 300mm西班牙米 黄/120米4.01.25mm14.6 克3号4.01.3mm15.2 克数据表明,定量切割台山红花岗岩时, 1#工艺烧结的刀头消耗比2#少 0.8克 和0.14mm,比3#减少5.8克；切割 大理石时, 1#工艺比2#消耗少3.4 克, 3#比 2#消耗增加0.6克,试验结 果比较接近。4.3 试切结
13、果分析 综合切割试验数据, 1#工艺切割大理石和花岗岩均表现出优于其余两 种工艺的性能,而在切割大理石时, 表现更加明显。下面图片是外径 114mm 锯片刀头切割大理石的表面SEM 照片，图 7、图 8、图 9 分别对 应 1#、 2#、 3#烧结工艺。程度的提高，加强了胎体对金刚石的把 持能力，提高了胎体的锋利度和耐磨 性。图75 结论采用低压烧结方式可以加强胎体烧 结过程中的扩散和渗透，提高胎体的合 金化程度，使胎体的抗弯强度提高。但 不同烧结工艺条件下，胎体硬度无明显 变化。不同烧结工艺，对锯切刀头的切割 性能有明显影响，采用低压烧结模式可 以提高锯切刀头的切割锋利度和寿命， 切割不同的对象，提高的程度有所不 同。从图片可以看出，图7 照片中的切 割过程中留下的“犁坑”明显浅于图8 和图 9，图 7 中金刚石的出刃高度更 高，图 9 中出现强行磨损现象，这说明 1#烧结工艺烧结的胎体强度、合金化
