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燒焊法加工雙層均布堅石輕壁鉆和特性探討

2018-07-11

磨粒裸露高度和合理的磨粒間距,從而具有提高加工對象光潔度的效果。但目前釬焊單層排布金剛石工具研究較多,比如我國臺灣的中國砂輪公司推出的單層均布金剛石高溫釬焊串珠,在不降低工具壽命的前提下,可使金剛石用量減少一半,切割速度增加兩倍。美國和日本Noritake公司研制的單層均布釬焊金剛石磨輪用于精密磨削加工時,其工作表面粗糙度明顯改善,表面粗糙度小于0.2Λm.蘇黎世ETH開發研究的新型釬焊單層均布搪磨刀具的壽命為電鍍刀具的10~20倍,即使在進刀量提高一倍的情況下,刀具壽命也明顯地高于電鍍刀具。然而,釬焊多層均布金剛石工具卻未見報道。
本文采用釬焊法制備多層均布金剛石孕鑲薄壁鉆,并檢測金剛石的出刃高度、觀察金剛石與胎體微觀形貌以及對鉆頭進行鉆進實驗檢測其使用性能。
2試驗方法本實驗采用的原材料主要有Ni82CrBSi釬料合金薄片,厚度為0.2mm,4050目(平均粒徑為0136mm)JR3金剛石,粒度為75Λm的Co粉。將金剛石和釬料片浸泡在丙酮溶液中進行表面除油去污處理,烘干。首先在釬料片上均勻排布好金剛石,稱取Co粉冷壓成塊待用,然后將粘有金剛石的釬料片和Co片層層裝入石墨模具中,使單層金剛石在橫向平面有序排布,再通過疊層法在縱向呈錯落排布結構,然后在熱壓燒結爐上完成釬焊,鉆齒試樣的尺寸為18×8.5×4mm.拆模取出鉆齒試樣,對其進行表面處理后用銀焊片焊接在45鋼筒基體上,制成563金剛石薄壁鉆。
設計如下開刃實驗,測量金剛石出刃高度從而檢驗胎體對金剛石的包鑲能力:(1)制備釬焊單層金剛石鉆頭試樣,用剛玉砂輪對其進行開刃實驗,用偏光顯微鏡每次均取10個點測其平均出刃值,直至金剛石的出刃值達穩定值,從而確定金剛石的最大平均出刃值。
(2)制備釬焊多層均布金剛石鉆頭試樣,用紅磚在ZZH-200K實驗鉆機上進行開刃,用DiaInspect.OSM金剛石粒度檢測儀隨機測十個點取其平均值?!⒅苽涞亩鄬泳冀饎偸”阢@在ZZH-200K實驗鉆機上對鉆頭進行鉆進混凝土實驗,觀察鉆頭在工作中能否實現金剛石的自銳,具備連續工作能力,從而進一步檢驗胎體對金剛石的把持力?;炷翂K高度為300mm,每鉆進兩個孔測量鉆齒的磨耗量及鉆進時間,共鉆進20個孔,鉆進速度用Mt計算。采用掃描電鏡觀察胎體與金剛石表面微觀形貌以及鉆頭磨削后金剛石表面微觀形貌。
3結果與討論3.1金剛石出刃高度3.1.1釬焊單層鉆頭金剛石的最大出刃高度釬焊單層鉆頭金剛石的出刃率,可以看出,鉆頭在前5次開刃時金剛石的出刃率逐漸升高,且在第6次開刃后,金剛石的出刃率基本穩定,形成最大出刃值。金剛石的出刃高度可高達70,說明釬料基體對金剛石有較強的把持力,即胎體對金剛石的包鑲能力很強。
3.1.2釬焊多層均布鉆頭金剛石的出刃高度在已開刃的鉆頭的唇面上隨機取十個點測得金剛石的出刃值如表1所示??梢钥闯?,金剛石的出刃率達56.47左右。由于在實驗過程中只開刃了一次,并沒有開刃到最大的限度, 在第一次開刃中,金剛石已經具有足夠的出刃高度,而且也明顯參與了加工。這也說明胎體對金剛石具有良好的包鑲能力。
3.2金剛石與胎體表面微觀形貌釬焊單層金剛石6次開刃后,并鉆進300mm混凝土(混凝土整平梁的使用范圍和特點[/url])后的鉆齒及單顆金剛石的表面微觀形貌??梢钥闯?,在鉆頭唇面上實現了金剛石的有序排布,在開刃過程中金剛石沒有脫落,形成了較高的出刃。釬料的毛細堆積作用使金剛石包鑲穩定,具有較好的把持力和鉆削能力。
金剛石與Ni-Cr合金釬料、胎體界面的SEM照片及元素線掃描圖??梢钥闯?,在界面處(212.5~225Λm)可明顯看到有Cr富集,C呈過渡趨勢,這說明兩者之間在界面區域存在明顯的擴散現象。Ni-Cr合金與Co胎體之間也存在明顯的相互擴散現象。由Ni-Co、Co-Cr相圖可知Ni、Co之間可形成無限固溶體,Co、Cr之間可以形成有限固溶體,從而Ni、Co、Cr三者之間形成冶金結合。這與張鳳林等在單層釬焊鉆頭研究中發現的金剛石與Ni-Cr釬料之間反應生成Cr的碳化物基本一致?! ?.3鉆進實驗多層均布金剛石薄壁鉆鉆進實驗結果??梢钥闯?,鉆頭在鉆進20個孔之后,鉆齒的總磨耗量(鉆齒磨耗高度)為1.533mm,而金剛石的平均粒徑為0.36mm,從理論上講,有三層金剛石參與了工作。
鉆頭的鉆進時間與鉆進速度和磨耗量的變化??梢钥闯?,鉆進速度和磨耗量基本上呈周期性變化,每一個波峰代表一層新出露金剛石的最佳工作狀態,此時,鉆頭的鉆進速度最大,金剛石的鋒利度最高,相應磨耗量也最大。隨著磨削時間的延長,金剛石越來越鈍,鋒利度下降,鉆進速度就降低,相應的磨耗量也小,當磨耗量達到約為粒徑的12時,新一層金剛石出露,金剛石又恢復到原來的工作狀態,如此循環下去,就實現了金剛石的連續工作。由圖可明顯看出的確有三層金剛石參與了工作??蓴喽ū緦嶒炈苽涞亩鄬庸ぞ呔哂羞B續工作的能力,自銳性較好。
鉆進20個孔之后金剛石顆粒的微觀形貌,可以看出金剛石表面有微破碎的痕跡,同時存在明顯的磨粒磨損的特征,在胎體與金剛石之間未發現任何裂紋和縫隙,說明了加工20個孔后金剛石與釬料之間結合牢固。而且鉆齒在整個工作過程中未出現分層現象,層與層之間的結合較好。
4結論釬焊金剛石的出刃率可高達70,胎體對金剛石的包鑲能力較好。在釬焊過程中,Ni-Cr合金釬料中的活性元素Cr向金剛石表面富集,Ni-Cr合金釬料中的Ni、Cr原子和胎體中的Co原子相互擴散使得胎體與金剛石結合牢固。釬焊多層均布金剛石薄壁鉆在鉆進混凝土實驗中能夠實現金剛石的自銳,具備連續加工能力。鉆齒在整個加工過程中未出現分層現象,層與層之間的結合較好。

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