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金刚石工具胎体的性能是影响金刚石工具切割性能的最关键因素之一,其中金属胎体以优异的机械综合性能而得到非常广泛的应用。钴一直是金属胎体材料的主要元素。纯钴胎体具有高的抗弯强度,具有适度的磨损性能,胎体变形性(挠度)小,且钴对碳材料和碳化物有很好的湿润性。然而,Co作为一种稀有而昂贵的金属,全球储量极其有限,而我国Co资源稀缺,因此,代钴研究具有重大的实际意义。最常见的Co代用品是Ni和Fe,Fe与Co同处Ⅷ副族,许多性能和Co相近,且Fe资源丰富,加上价格便宜,是一种十分经济的胎体体系。如果能用 Fe部分或全部代替Co作金刚石工具胎体材料,将会降低金刚石工具的生产和使用成本,具有广阔的市场前景和显著的社会经济效益。本课题就是要开展用Fe、Cu等部分取代Co的代钴预合金粉末作金刚石工具胎体材料的研究。 本文采用共沉淀-还原法制备了Fe基预合金粉末及添加了稀土的Fe基预合金粉末,讨论了Fe基预合金粉末及添加了稀土的Fe基预合金粉末的烧结工艺和力学性能,研究了Fe基预合金粉末作胎体材料的金刚石绳锯切割花岗岩的工作情况。全文得到的主要结论如下: 1.采用共沉淀还原法制备的Fe基预合金粉及添加了稀土的Fe基预合金粉末的物相组成均为Co3Fe7相和Cu相,均达到了粉末预合金化的目的。 2.不同热压烧结温度下,Fe基预合金胎体及添加了稀土的Fe基预合金胎体的晶粒尺寸都非常均匀,均没有发生异常长大现象。当热压温度在750℃及以下时,胎体材料晶粒组织非常细小、均匀;当热压温度在800℃及以上温度时,材料的晶粒迅速长大。总的趋势是随热压烧结温度升高,晶粒呈不断长大趋势。 3.在本实验热压烧结温度范围内,随热压烧结温度升高,Fe基预合金综合力学性能先升高后下降,在800℃的热压烧结温度下能获得最佳的综合力学性能:胎体的相对密度为98.4％,胎体的硬度为100.8HRB,胎体的抗弯强度为1462.86MPa。 4.在本实验热压烧结温度范围内,随热压烧结温度升高,四种添加了稀土的Fe基预合金的综合力学性能均先升高后下降,在800℃的热压烧结温度下均能获得最佳的综合力学性能。添加了0.5%Y的Fe基预合金的综合力学性能在四种添加了稀土的Fe基预合金中最好。添加了0.5%Y的Fe基预合金粉末的最佳烧结温度为800℃,胎体的相对密度为98.0%,胎体的硬度为103.9HRB,胎体的抗弯强度为1531.41MPa。 5.添加了0.5%Y的Fe基预合金胎体、Fe基预合金胎体及国外某知名品牌预合金胎体三种合金胎体中,添加了0.5%Y的Fe基预合金胎体的综合力学性能最佳。 6.在本实验热压烧结温度范围内,800℃时Fe基预合金胎体不仅与金刚石界面结合最好,对金刚石的把持力最高,而且胎体的综合力学性能也最好。用Fe基预合金粉制造的绳锯的切割寿命和切割效率均达到了国内同类产品水平。