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金属粉末质量控制对金刚石工具性能影响

2022-05-11 11:02:37

金属粉末质量是决定金属结合剂金刚石工具烧结工艺及成品性能的重要因素。表征金属粉末质量的性能指标有多种,其中氧含量、粒度、松散比等几项指标对实际应用有显著影响,直接决定着工具混料的均匀性、冷压成型性、冷压致密度、烧结度、烧结致密度、烧结硬度、抗弯强度胎体对金刚石的把持力及胎体的磨损性能等一系列性能指标。从实际应用效果考察,粉末氧含量对金刚石工具的影响是首位因素。

 

粉末氧含量对金刚石工具的影响如下:

 

1.对冷压成型性的影响

 

氧含量越高,冷压成型性越差:主要是因为金属氧化物会使粉末变硬,韧性下降,有损于压制成型性,尤其是粉末表面氧含量过高时,会使粉末黏附性增大,降低压制时粉末颗粒间的啮合强度,使冷压成型性变差。实际生产中当混料量大时,粉末未用完存放一段时间后往往容易出现冷压成型变差的现象,这主要与粉末的氧化有关,尤其是在潮湿气候条件下,问题则更突出。

 

2.对烧结温度及工艺稳定性的影响

 

氧含量越高,胎体的烧结温度就越高,烧结的稳定也就越差。这是因为金属粉末氧化物,尤其是表面氧化物大大降低了粉末颗粒的表面活性,严重阻碍了烧结过程中粉末颗粒间的界面结合状态,阻碍合金化进程,降低颗粒间界面结合强度,从而降低了胎体对金刚石的把持力。

 

实验结果表明,氧含量越高,烧结温度越高,烧结体的致密化程度越低,低熔点料的流失率越大,胎体的性能恶化。

 

表面氧化物的存在阻碍了烧结过程中金属粉末颗粒间的界面结合与合金化,影响烧结致密化进程。

 

3.对胎体烧结强度的影响

 

在相同的烧结温度和压力下,氧含量越高,胎体的烧结强度越低。

 

金属粉末的含氧量越高,冷压致密性就越差,压坯中存在许多“架桥”孔洞,烧结时难以消除。

 

4.对烧结胎体硬度的影响

 

烧结胎体的硬度主要与金属粉末颗粒的性质、组织均匀性、界面结合强度及致密化程度(孔隙度)有关。金属粉末含氧量对烧结试样的硬度影响不显著。若粉末内部氧化物以弥散状态分布,则会增加粉末颗粒内部的晶格畸变能,提高颗粒硬。

 

5.对胎体组织及致密性的影响

 

含氧量,尤其是粉末颗粒表面含氧量对烧结胎体组织及致密性的影响极大,含氧量越低越有利得到均匀性好、颗粒界面结合力强、致密化程度高的胎体组织,从而有利于提高胎体对金刚石的机械把持力。

 

6.对胎体合金化的影响

 

烧结胎体粉末间的合金化的途径:

 

其一,依靠低熔点物料(Sn,Zn等)熔化后在颗粒界面处扩散溶解形成固溶体、中间相或化合物。

 

其二,固态颗粒界面间的相互扩散。烧结胎体对金刚石把持力的影响:

 

金属粉末的含氧量越高,烧结胎体的合金化作用越差,胎体的综合机械性能亦越差,对金刚石的机械把持力也就越差。

 

实验表明,当Fe粉氧含量超过5000×10-6时,胎体对金刚石的包镶能力变差,主要是因为粉末间合金化不足、胎体疏松、致密化程度不足所造成的。特别是当含氧量超过7000×10-6后,烧结胎体组织中会出现极为疏松的“豆腐渣”状组织,失去了对金刚石的把持能力。

 

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