單層釬焊金剛石砂輪的另一種配方
Writer:洋洋???Source:???Timer:2017-04-25
目前生產(chǎn)中常用的超硬磨料砂輪有金屬結(jié)合劑砂輪、樹脂結(jié)合劑砂輪、陶瓷結(jié)合劑砂輪和電鍍砂輪,它們各有自己的特點(diǎn)。
(1)樹脂結(jié)合劑砂輪:結(jié)合劑為合成樹脂,結(jié)合強(qiáng)度不高,修整困難,砂輪氣孔較少,不耐高溫,易老化。
(2)金屬結(jié)合劑砂輪:結(jié)合劑為金屬,由粉末冶金制成,結(jié)合強(qiáng)度較高,氣孔較少,耐高溫,導(dǎo)熱性好,修整困難。
(3)陶瓷結(jié)合劑砂輪:結(jié)合劑為陶瓷,由高溫?zé)Y(jié)而成,結(jié)合強(qiáng)度較高,耐高溫,耐腐蝕,修整較容易。以上3種砂輪的共同缺點(diǎn)是磨粒裸露高度較低,容屑空間較少,磨削比能較高,散熱性不好,加工中容易發(fā)生燒傷。鄭州貝斯達(dá)超硬材料有限公司專業(yè)生產(chǎn)金剛石顆粒及微粉,樹脂金剛石顆粒及微粉,CBN顆粒及微粉,以及鍍覆系列產(chǎn)品。
(4)電鍍砂輪:電鍍砂輪是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型砂輪,其顯著的特點(diǎn)是不需修整砂輪,磨粒裸露高度較高,可達(dá)20%-30%,容屑空間較大,磨削性能較以上3種砂輪有較大提高,且電鍍工藝簡(jiǎn)單,砂輪制造容易,無(wú)需修整,使用方便;單層結(jié)構(gòu)決定了它可以達(dá)到其它砂輪所無(wú)法達(dá)到的高速度。如電鍍CBN砂輪可實(shí)現(xiàn)高速、超高速磨削,其線速度200、250直到500m/s。電鍍砂輪的這些優(yōu)勢(shì)使得它在超硬磨料砂輪的生產(chǎn)和應(yīng)用中占極其重要的地位,在高速、超高速磨削中更是占據(jù)著無(wú)可爭(zhēng)議的主導(dǎo)地位。貝斯達(dá) 金剛石 金剛線
隨著電鍍砂輪的廣泛使用,其自身的一些缺陷也逐漸顯露出來(lái)。其中最主要的是結(jié)合強(qiáng)度不高,電鍍砂輪上的鍍層金屬并不是磨具行業(yè)嚴(yán)格意義上的結(jié)合劑,在鍍層金屬與基體和磨料的界面上不存在牢固的冶金化學(xué)結(jié)合,磨料實(shí)際上只是被機(jī)械地包埋鑲嵌在鍍層金屬中,把持力不大,在負(fù)荷較重的高效磨削中,砂輪容易因磨粒脫落而導(dǎo)致失效。為了增加把持力就必須增加鍍層厚度,從而導(dǎo)致磨粒的裸露高度減少,容屑空間相對(duì)減少,砂輪容易發(fā)生堵塞,散熱效果差,工件表面容易發(fā)生燒傷。
1.2 超硬磨料砂輪的發(fā)展———單層釬焊砂輪
為了更充分發(fā)揮單層超硬磨料砂輪的優(yōu)勢(shì),國(guó)外90年代初開(kāi)始以高溫釬焊工藝,開(kāi)發(fā)了一種新型砂輪———單層高溫釬焊超硬磨料砂輪。用高溫釬焊替代電鍍開(kāi)發(fā)單層超硬磨料砂輪,目的是利用釬焊的化學(xué)冶金結(jié)合,改善磨料、釬料、基體三者間的結(jié)合強(qiáng)度,由于高溫釬焊所提供的界面上的結(jié)合強(qiáng)度高,僅需將磨料間結(jié)合層厚度維持在磨料高度的20%-30%的水平上就能在大負(fù)荷的高速高效磨削中牢固地把持住磨料。
同時(shí)因?yàn)榻Y(jié)合層厚度很薄,釬焊砂輪可使磨料裸露高度達(dá)到磨料高度的70%-80%,磨料間的容屑空間被大大擴(kuò)展,不易堵塞,有效磨料切刃更多、更鋒利,磨削比能可大大降低,磨除單位體積的金屬所產(chǎn)生的熱量減少,再加上大的容屑空間可有效容納較多的磨削液,使磨削溫度大大降低,可有效防止磨削燒傷,尤其是在高效磨削中更能顯示出其無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。
釬焊加熱設(shè)備為高頻感應(yīng)焊機(jī),焊料分別為HL209銀基釬料和Ni一Cr101,其上涂有銀焊劑102膏,金剛石JR4人造金剛石,粒度35/40。先對(duì)基體表面進(jìn)行除銹、拋光,再用酒精清洗,人造金剛石用10%稀硫酸清洗后,再用去離子水漂洗后烘干;將102膏分別涂在基體表面和焊片上,把焊片放在基體表面上,再把金剛石撒在焊片上面,上機(jī)加熱。
提高金剛石與釬料結(jié)合強(qiáng)度的關(guān)鍵是在釬焊過(guò)程中金剛石與釬料在結(jié)合界面上能夠產(chǎn)生化學(xué)冶金結(jié)合,但金剛石的釬焊性較差,大多數(shù)金屬對(duì)金剛石的浸潤(rùn)性都很差,雖然Al、 Fe、Co和Ni在液態(tài)下能浸潤(rùn)金剛石,但在能浸潤(rùn)的溫度下,它們對(duì)金剛石的侵蝕都很嚴(yán)重。
至于像Ti、Zr、Cr、V等過(guò)渡族元素是碳化物形成元素,雖然都能很好地浸潤(rùn)金剛石,但它們的熔化溫度大于1600°C,在這個(gè)溫度下金剛石將會(huì)嚴(yán)重石墨化。即從釬焊金剛石的角度出發(fā),似乎找不到一種既能充分浸潤(rùn)又不嚴(yán)重侵蝕金剛石的純金屬材料。在反復(fù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,筆者發(fā)現(xiàn)在低熔點(diǎn)合金中添加少量碳化物形成元素是一條切實(shí)可行的途徑。筆者嘗試了兩種合金材料,一種是添加有Cr的Ag一Cu合金,感應(yīng)釬焊35s,溫度為780 °C;另一種是Ni一Cr合金,感應(yīng)釬焊30s,溫度為1080°C。結(jié)果兩種釬料均能將金剛石牢固地釬焊在鋼基體上,金剛石具有很高的把持強(qiáng)度。
后續(xù)的大負(fù)荷磨削實(shí)驗(yàn)表明,沒(méi)有金剛石整顆脫落,圖2為Ag一Cu合金加Cr粉的釬焊金剛石砂輪試件的電鏡圖。借助能譜儀(EDS及電子探針(EPMA)對(duì)接頭區(qū)垂直于界面方向的截面進(jìn)行了定點(diǎn)成份分析和線掃描,可以看到合金中的元素具有明顯的濃度分布偏析,其中靠近金剛石處Cr濃度達(dá)68.43%,靠近鋼基體處為49.25%,而合金中間處則為5.49%。進(jìn)一步X衍射分析發(fā)現(xiàn),合金釬料與金剛石在界而生成CrC的同時(shí)與鋼基體反應(yīng)生成(FexCry)C的碳化物,因此這種釬焊工藝可以確保合金層與金剛石及鋼基體之間都能獲得較高的結(jié)合強(qiáng)度
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