论文部分内容阅读
金刚石石材绳锯是一种以高强度的柔性钢索为绳芯,以串珠(金刚石与金属结合剂的粉冶烧结体)为切削元件的工具,广泛应用于矿山开采、荒料切割、弧形板及大板切割等石材加工领域。绳锯性能的关键是串珠中的金刚石能否被有效把持并持续出刃,涉及两项关键技术:(1)烧结胎体对金刚石的把持力;(2)烧结胎体与金刚石间的磨损适配性。目前,在所有金属结合剂中钴的综合性能最佳,国内外绳锯均以钴基胎体为主。但钴的价格昂贵,严重影响和制约着绳锯的发展,寻求高性能的铁基代钴材料,是全球绳锯行业的迫切需求。而目前的铁基结合剂,无论是单质粉末体系还是合金粉末体系,均存在着以下问题:(1)胎体对金刚石的润湿性差;(2)胎体的合金化能力及烧结强度不够,对金刚石的机械卡固把持力不足;(3)在金刚石表面难以形成稳定的化学键合把持;(4)高温烧结后组织粗化长大,耐磨性过强而限制金刚石出刃,锋利度不足。1、针对上述问题,本文设计开发了一种Fe-Co-Cu-Ni-Sn-RE(稀土)的以Fe为主的水雾化预合金粉末YA508,将Co的含量降至30%左右,并通过元素组分的设计及粉末质量的控制,克服了铁基结合剂的不足。2、单质钴粉在650~900℃烧结时具有良好的烧结致密度(94~96%)、硬度(HRB104~108)、抗弯强度(1600~1700 MPa)及对金刚石的润湿性。与单质Co粉的烧结性能对比发现,YA508在820~900℃烧结时其烧结组织的平均晶粒度可控制在20μm以内,烧结组织对金刚石包镶紧密,烧结致密度>98.5%,抗弯强度>1600 MPa,硬度为HRB105-112,综合力学性能指标基本与钴基胎体相当,达到了设计要求。3、将YA508粉末与金刚石进行混合,分别在无压真空、常规热压、高温高压的条件下对样品进行烧结,结果表明,在金刚石表面形成的化学键合物为Fe3C。这种铁碳键合的生成,极大增强了胎体对金刚石的把持能力,可有效解决金刚石工具的共性技术难题—铁基胎体对金刚石把持力不足的问题,从而增大金刚石的有效利用率,改善金刚石工具的综合应用效能。4、以YA508为主料所生产的花岗岩绳锯,在加工硬质石材时的切割效率可达10~12 m2/h,寿命可达9~11 m2/m,使用效果基本与钴基胎体相当,但其生产成本较钴基胎体可降低60%以上,并已取得规模化推广应用。