非晶Ni基合金阻焊金刚石磨粒的研究

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钎焊大粒径金刚石工具做高效重负荷加工时,磨粒出露度高且承受较大磨削力,部分磨粒容易产生整体破碎甚至脱落,影响工具的磨削性能及使用寿命。现存的工具整形和修锐方法,只能对工具外形进行修整,无法修复破损、脱落的磨粒,故而考虑以类似“植牙”的方式焊补修复工具。阻焊作为唯一的压力型焊接方式,可以实现磨粒的精确固定,将磨粒准确焊植在损毁部位。非晶态合金组织均匀,熔化区间窄,熔化温度低,流动性强,焊接接头强度高,对金刚石侵蚀小。本研究拟采用非晶态Ni基合金预连接金刚石磨粒,然后利用阻焊工艺将磨粒焊植在工具损毁部位,旨为恢复工具性能、延长其使用寿命。该文具有以下创新性工作:(1)通过热分析发现,相比于晶态Ni基合金,非晶Ni基合金的完全熔化温度低51.1℃,熔化区间窄30.8℃,可以降低预连接时金刚石所受的高温热损伤。通过预连接,合金完全包裹金刚石磨粒。理化分析表明,金刚石磨粒结构完整,棱角分明,磨粒表面未见破损及热损伤,也没有径向裂纹及环裂纹等产生。金刚石表面生成Cr3C2和Cr7C3化合物,与预连接合金产生化学冶金结合,且金刚石表面无石墨化现象。通过Raman谱分析发现,预连接后磨粒芯部承受0.706GPa的最大拉应力。显微硬度测量结果显示,非晶合金预连接层的平均硬度值为672.0HV1,高于晶态钎料层约100HV1。(2)通过试验分析,确定了焊接压力0.4MPa,焊接电流0.8k A,焊接时间150ms的最佳工艺参数。通过理化分析发现,阻焊后金刚石磨粒结构完整,表面无裂纹、热损伤。预连接磨粒与基体连接界面处结合紧密,无缺陷存在,有较高的结合强度。通过Raman谱分析发现,阻焊后磨粒所受最大拉应力为0.356GPa,钎焊金刚石所受最大拉应力为0.777GPa,阻焊金刚石磨粒所受拉应力更小。抗冲击试验发现,阻焊后金刚石的抗冲击能力相比预连接金刚石仅下降了4.8%。(3)磨削试验表明,非晶合金阻焊金刚石试样的磨耗平台面积扩展率最小,磨粒磨削性能更为稳定。钎焊金刚石试样对石材的去除速率为36.98mg/min,晶态合金阻焊金刚石试样对石材的去除速率为38.06mg/min,非晶合金阻焊金刚石试样对石材的去除速率为37.39mg/min。阻焊试样对石材的去除速率稍高于钎焊试样,表现出更好的磨削性能。晶态合金阻焊金刚石试样对石材的去除速率稍高于非晶合金阻焊金刚石试样,但磨粒损失严重。钎焊试样磨削大理石的表面粗糙度Ra平均值为1.912μm,非晶合金阻焊金刚石试样磨削大理石的表面粗糙度Ra平均值为1.875μm,基本相同。(4)通过对磨削弧区温度测量显示,钎焊试样磨削弧区温度最高值为340.58℃,非晶合金阻焊试样的磨削弧区温度最高值为255.41℃,比钎焊试样低85.17℃。非晶合金阻焊试样较低的磨削弧区温度更有利于维持磨削性能的稳定性。
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