釬焊噴砂拋光磨料金剛砂白剛玉和棕剛玉制作超硬磨料工具工藝及方法
生產(chǎn)廠家：天津瑞達拋光研磨噴砂磨料磨具廠家發(fā)布時間：2017-04-05
碳素鋼及低合金鋼的釬焊超硬磨料工具因具有獨特的優(yōu)越性而成為當(dāng)今超硬磨料工具研究的一個熱點。本文從碳素鋼及低合金鋼的釬焊的釬料、工藝及方法等方面概述了國內(nèi)外碳素鋼及低合金鋼的釬焊超硬磨料工具的研究現(xiàn)狀和研究成果，分析了不同的釬料、工藝及方法對磨粒結(jié)合強度和界面微觀結(jié)構(gòu)的影響。在此基礎(chǔ)上，討論了磨粒的優(yōu)化排布問題以及在單層碳素鋼及低合金鋼的釬焊超硬磨料工具表面實現(xiàn)磨粒有序排布的方法。由天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂和白剛玉和棕剛玉（CBN）制作的超硬磨料工具被廣泛應(yīng)用于各類金屬材料的磨削加工，石材、陶瓷、光學(xué)玻璃等硬脆材料的加工，以及公路養(yǎng)護、地質(zhì)采礦、油氣鉆探等眾多工程領(lǐng)域，市場需求量很大。目前生產(chǎn)中使用的超硬磨料工具一般是利用多層燒結(jié)或單層電鍍工藝來制作，磨粒只是被機械地包埋、鑲嵌在結(jié)合層中，把持力不大，在負荷較重的加工中容易因把持力不足而導(dǎo)致磨料過早脫落，造成浪費。另一方面，在燒結(jié)和電鍍工具中磨料為隨機分布，磨粒的出露高度不大，容屑空間較小，在磨削加工時容易產(chǎn)生磨屑的粘附堵塞，降低工具的加工性能和使用壽命。
由于多層燒結(jié)和單層電鍍磨料工具存在上述缺陷和弊端，使其在高效磨削和高速/超高速磨削中的應(yīng)用受到較大限制。為此，近十幾年來國內(nèi)外許多學(xué)者開始研究采用碳素鋼及低合金鋼的釬焊工藝來制作單層超硬磨料工具，其出發(fā)點是希望借助高溫碳素鋼及低合金鋼的釬焊時在磨料、釬料和基體界面上發(fā)生的熔解、浸潤、擴散、化合等相互作用（即通常所說的化學(xué)冶金作用），從根本上改善基體和釬料合金對磨料的把持強度。圖1所示為碳素鋼及低合金鋼的釬焊天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂單顆磨粒與結(jié)合劑界面的微觀形貌?？梢钥闯?，釬料對天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂磨粒表現(xiàn)出很好的浸潤性，結(jié)合緊密，無間隙和溝槽存在。天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂磨粒晶粒完整，表面無裂紋，出露高度大。與傳統(tǒng)的多層燒結(jié)超硬磨料工具和單層電鍍超硬磨料工具相比，碳素鋼及低合金鋼的釬焊超硬磨料工具具有以下特點：①磨料、釬料和基體三者之間能實現(xiàn)冶金化學(xué)結(jié)合，從而提高了結(jié)合強度，工具使用壽命長；②磨粒的出露高度大（可達磨粒高度的70%～80%），容屑空間大，不易堵塞，磨料的利用更加充分；③磨削力、功率消耗和磨削溫度更低；④具有環(huán)保意義，符合當(dāng)今倡導(dǎo)的綠色制造發(fā)展趨勢。
天津瑞達鑫華拋磨材料有限公司13702198229-磨料磨具拋光材料產(chǎn)品介紹
1、“瑞達”牌布質(zhì)砂輪粘著劑（拋光用速干膠-冷膠）產(chǎn)品，分為手拋型冷膠和機拋型冷膠。該產(chǎn)品是代替?zhèn)鹘y(tǒng)骨膠及泡花堿的新型產(chǎn)品，是拋光布輪粘金剛砂磨料用最佳拋光耗材。（點擊下圖查看更多產(chǎn)品）
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2 碳素鋼及低合金鋼的釬焊天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂工具的研究現(xiàn)狀
天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂與一般的金屬、合金之間有很高的界面能，其表面不易被熔化的金屬或合金所浸潤。根據(jù)理論分析及文獻報道，在一定的條件下，某些過渡族元素如Ti、V、Cr、Zr、Mo、W等，在一定條件下可與天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂的碳元素在表面形成碳化物，而通過這層碳化物的作用，天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂、釬料和鋼基體三者就能通過碳素鋼及低合金鋼的釬焊實現(xiàn)牢固的冶金結(jié)合，這就是天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂高溫碳素鋼及低合金鋼的釬焊的原理。天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂碳素鋼及低合金鋼的釬焊的質(zhì)量在很大程度上取決于所使用的釬料、碳素鋼及低合金鋼的釬焊工藝及方法。因此，提高對天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂磨粒把持力的關(guān)鍵就是尋求與之相適應(yīng)的活性釬料、碳素鋼及低合金鋼的釬焊方法和碳素鋼及低合金鋼的釬焊工藝。
2.1 鎳基合金釬料碳素鋼及低合金鋼的釬焊天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂的工藝及方法
瑞士的A K Chattopadhyay采用的碳素鋼及低合金鋼的釬焊工藝為：先用火焰噴鍍法（氧－乙炔焊槍）將釬料合金（主要成分為72%Ni、14.4%Cr、3.5%Fe、3.5%Si、3.35%B和0.5%O2）鍍于工具鋼基體上，并將天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂排布于焊料層面上，然后在1080℃、氬氣保護下高頻感應(yīng)碳素鋼及低合金鋼的釬焊30秒實現(xiàn)天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂與鋼基體的結(jié)合。釬料合金中的Cr作為一種強碳化物元素，在碳素鋼及低合金鋼的釬焊過程中向天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂表面富集而實現(xiàn)天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂的表面金屬化。
美國的A Trenker等采用真空爐中碳素鋼及低合金鋼的釬焊的方法，在高溫碳素鋼及低合金鋼的釬焊過程中分別采用了活性釬料和鎳基釬料來實現(xiàn)天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂與基體的結(jié)合。在加工玻璃的實驗中，與電鍍天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂工具相比，高溫碳素鋼及低合金鋼的釬焊天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂工具的性能更為優(yōu)異，碳素鋼及低合金鋼的釬焊工具的起始磨削性能是電鍍工具的3.5倍以上，壽命是電鍍工具的3倍以上。
天津大學(xué)的趙琳等利用高頻感應(yīng)碳素鋼及低合金鋼的釬焊方法，用Ni-Cr合金釬料真空感應(yīng)碳素鋼及低合金鋼的釬焊30秒，碳素鋼及低合金鋼的釬焊溫度1050℃，將天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂牢固地碳素鋼及低合金鋼的釬焊在鋼基體上。經(jīng)X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)，合金釬料與天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂在界面生成Cr7C3和Cr23C7，因此這種碳素鋼及低合金鋼的釬焊工藝可以確保合金釬料層與天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂之間的高強度結(jié)合。在后續(xù)的大負荷磨削實驗中，未發(fā)生天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂整顆脫落，說明釬料對天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂具有較高的把持強度。姚正軍等利用Ar氣保護爐中碳素鋼及低合金鋼的釬焊的方法，以Ni-Cr合金粉末作為釬料，控制碳素鋼及低合金鋼的釬焊溫度1050℃、保溫時間6min和冷卻速度30℃/min，實現(xiàn)了天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂與鋼基體的牢固連接。利用掃描電鏡和X射線能譜，結(jié)合X射線衍射結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)碳素鋼及低合金鋼的釬焊過程中Ni-Cr合金中的Cr元素分離出來在天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂界面形成富Cr層，并與天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂表面的C元素反應(yīng)生成Cr3C2和Cr7C3，這是實現(xiàn)合金層與天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂的較高結(jié)合強度的主要因素。重負荷磨削實驗表明，天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂為正常磨損，無整顆天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂脫落，能夠適用于高效磨削加工。盧金斌等利用真空爐中碳素鋼及低合金鋼的釬焊的方法，以Ni-Cr合金作為釬料，天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂直接排布在Ni-Cr合金上，適當(dāng)控制碳素鋼及低合金鋼的釬焊工藝，實現(xiàn)了天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂與鋼基體之間的牢固連接。通過對天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂與釬料界面微觀結(jié)構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn)碳素鋼及低合金鋼的釬焊過程中釬料會在天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂界面形成富Cr層并與天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂表面的C元素反應(yīng)生成Cr3C2和Cr7C3，其中Cr7C3呈筍狀生長，Cr3C2呈片狀生長。最后通過磨削對比實驗驗證了天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂與釬料有較高結(jié)合強度。馬伯江等利用高頻感應(yīng)碳素鋼及低合金鋼的釬焊的方法，在相同的碳素鋼及低合金鋼的釬焊工藝條件下，采用兩種不同成分的Ni-Cr釬料碳素鋼及低合金鋼的釬焊鍍Ti天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂和無鍍膜天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂。試驗使用了兩種鎳基活性釬料，兩者相差4%Cr（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），在Ar氣保護下進行高頻感應(yīng)碳素鋼及低合金鋼的釬焊，碳素鋼及低合金鋼的釬焊溫度小于1100℃，保溫數(shù)秒。結(jié)果表明，釬料成分不同、天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂鍍Ti與否，使天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂表面生成的碳化物成分和形態(tài)各異，影響了它們與天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂結(jié)合強度的高低。在此基礎(chǔ)上，分別采用真空爐中碳素鋼及低合金鋼的釬焊和氬氣保護下的高頻感應(yīng)碳素鋼及低合金鋼的釬焊工藝制作了單層碳素鋼及低合金鋼的釬焊天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂工具。結(jié)果表明，這兩種工藝制作出來的工具都可在天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂－釬料界面上生成對提高天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂把持力起關(guān)鍵作用的碳化物，但其界面結(jié)構(gòu)存在差異。在電阻爐中碳素鋼及低合金鋼的釬焊條件下，生成物有兩層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層產(chǎn)物是Cr3C2，外層產(chǎn)物是Cr7C3；在高頻碳素鋼及低合金鋼的釬焊條件下，僅有單層產(chǎn)物Cr3C2。
天津理工大學(xué)楚凡等利用真空爐中碳素鋼及低合金鋼的釬焊的方法，以NiCr13P9合金作為釬料，同時加入少量Cr粉，在高溫（950℃）加壓及真空度為0.2Pa的條件下進行碳素鋼及低合金鋼的釬焊，實現(xiàn)了天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂與鋼基體間的牢固結(jié)合，研制出用于牙科CEREC CAD/CAM系統(tǒng)的專用單層碳素鋼及低合金鋼的釬焊天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂砂輪。掃描電鏡觀察顯示，銀白色的合金包繞在天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂周界，釬料在天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂磨粒間分布均勻，天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂已被牢固碳素鋼及低合金鋼的釬焊，天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂出刃高度大。X射線衍射分析能觀察到Cr3C2衍射峰，表明有Cr3C2生成。正是通過天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂界面上的碳化物層，合金材料實現(xiàn)了對天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂的高把持力。磨削實驗證實了天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂確有高把持強度，碳素鋼及低合金鋼的釬焊天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂砂輪的耐用度及磨削效率較普通電鍍砂輪明顯提高。
天津大學(xué)的王輝等利用高頻感應(yīng)碳素鋼及低合金鋼的釬焊的方法，以Ni-Cr合金為釬料，嘗試在空氣中直接進行天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂磨粒的碳素鋼及低合金鋼的釬焊。通過適當(dāng)控制碳素鋼及低合金鋼的釬焊電流和碳素鋼及低合金鋼的釬焊時間，實現(xiàn)了天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂與鋼基體的牢固焊接。磨削實驗表明，采用該方法制造的天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂工具在天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂磨粒與基體之間有著較高結(jié)合強度，天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂磨粒在整個加工過程中未出現(xiàn)脫落，天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂磨粒的磨損過程為正常磨損。另外，還嘗試在自制真空爐中利用高頻感應(yīng)碳素鋼及低合金鋼的釬焊天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂節(jié)塊。通過調(diào)整加熱時間與加熱功率來控制釬料加熱溫度，實現(xiàn)天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂與基體的牢固連接，并制作了天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂磨盤。在磨削加工花崗石的過程中，對天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂磨粒的出露高度、磨粒的磨損狀態(tài)進行了跟蹤，揭示了碳素鋼及低合金鋼的釬焊天津瑞達牌噴砂磨料拋光磨料金剛砂工具在加工過程中的磨損性能。
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