CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

金属包覆FeCuNi粉末对金刚石工具胎体性能的影响

曹新民 鲍丽 李振 程传卫 陈鹏 潘建军 于奇 于新泉 陈生超

曹新民, 鲍丽, 李振, 程传卫, 陈鹏, 潘建军, 于奇, 于新泉, 陈生超. 金属包覆FeCuNi粉末对金刚石工具胎体性能的影响[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2024, 44(5): 581-587. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0174
引用本文: 曹新民, 鲍丽, 李振, 程传卫, 陈鹏, 潘建军, 于奇, 于新泉, 陈生超. 金属包覆FeCuNi粉末对金刚石工具胎体性能的影响[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2024, 44(5): 581-587. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0174
CAO Xinmin, BAO Li, LI Zhen, CHENG Chuanwei, CHEN Peng, PAN Jianjun, YU Qi, YU Xinquan, CHEN Shengchao. Effect of metal coated FeCuNi powder on properties of diamond tool matrix[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2024, 44(5): 581-587. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0174
Citation: CAO Xinmin, BAO Li, LI Zhen, CHENG Chuanwei, CHEN Peng, PAN Jianjun, YU Qi, YU Xinquan, CHEN Shengchao. Effect of metal coated FeCuNi powder on properties of diamond tool matrix[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2024, 44(5): 581-587. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0174

金属包覆FeCuNi粉末对金刚石工具胎体性能的影响

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2022.0174
基金项目: 国家自然科学基金“超多元组分钎料的逆向强化调控机制及其钎焊行为”(52005452)。
详细信息
    作者简介:

    曹新民,男,1969年生,本科。主要研究方向:制备金刚石工具用混料、冷压、热压及相关成套设备,金刚石工具用合金粉末。E-mail:zzjxyjs@126.com

    通讯作者:

    陈生超,男,1987年生,在读博士,工程师。主要研究方向:金属材料及热处理。E-mail:csc19871012@163.com

  • 中图分类号: TG74

Effect of metal coated FeCuNi powder on properties of diamond tool matrix

  • 摘要: 为解决Co基金刚石工具成本高,Fe基金刚石工具烧结温度高、把持力弱、胎体易烧死等问题,通过化学法将Cu、Sn、Bi等金属分别包覆于FeCuNi合金粉末表面,制备成金属包覆FeCuNi合金粉末。结果表明:配方中添加金属包覆FeCuNi合金粉末后,三点抗弯强度提高近20%;金属包覆FeCuNi合金粉末烧结过程中,FeCuNi颗粒表面的Sn、Bi率先熔化,与Cu反应形成的Cu-Sn、Cu-Bi等液相能够形成连续的网络状结构,将FeCuNi、Fe、Ni等颗粒包裹和黏结,使得金刚石工具胎体的成分和组织结构分布更加均匀、更加致密,避免了成分偏析的发生。通过以上试验得到初步结论,金属包覆FeCuNi合金粉末可等效替代贵重金属Co,极大地降低金刚石工具生产成本,具有显著的经济效益。

     

  • 图  1  Cu包覆FeCuNi合金面扫描元素分布图

    Figure  1.  Scanning element distribution of Cu-coated FeCuNi alloy

    图  2  Sn包裹FeCuNi合金面扫描元素分布图

    Figure  2.  Scanning element distribution of Sn-coated FeCuNi alloy

    图  3  Bi包裹FeCuNi合金面扫描元素分布图

    Figure  3.  Scanning element distribution of Bi-coated FeCuNi alloy

    图  4  不同配方烧结胎体显微形貌照片

    Figure  4.  Microstructures of sintered matrix with different formulations

    表  1  FeCuNi合金粉末基本性能

    Table  1.   Properties of FeCuNi alloy powder

    合金粉末 Fe质量分数
    ω1 / %
    Cu质量分数
    ω2 / %
    Ni质量分数
    ω3 / %
    理论密度
    ρ / (g·cm−3)
    FeCuNi 64.50 28.50 7.00 8.08
    下载: 导出CSV

    表  2  金刚石工具胎体配方

    Table  2.   Formulation of diamond tool matrix

    配方 质量分数 ω / %
    Co Fe Cu Sn Ni 合金粉末
    配方A 30.00 36.00 26.00 8.00
    配方B 40.70 17.50 8.00 3.80 30.00(FeCuNi-Cu)
    配方C 40.70 17.50 8.00 3.80 30.00(FeCuNi-Sn)
    配方D 40.70 17.50 8.00 3.80 30.00(FeCuNi-Bi)
    下载: 导出CSV

    表  3  不同配方金刚石工具胎体性能

    Table  3.   Performance of diamond tool matrix with different formulations

    配方硬度 H /HRB抗弯强度 σ /MPa
    配方A110945
    配方B1061080
    配方C1071067
    配方D1061120
    下载: 导出CSV

    表  4  配方A烧结胎体能谱分析

    Table  4.   Energy spectrum analysis of sintered matrix of formula A

    序号 Cu质量分数
    ω1' / %
    Sn质量分数
    ω2' / %
    Ni质量分数
    ω3' / %
    Fe质量分数
    ω4' / %
    相点1 54.36 32.26 11.77 1.61
    相点2 78.82 14.41 3.47 3.30
    相点3 15.10 5.59 79.31
    下载: 导出CSV

    表  5  添加金刚石胎体抗弯强度

    Table  5.   Bending strength of adding diamond matrix

    配方 抗弯强度
    (未添加金刚石)
    $ {\sigma }_{1} $ / MPa
    抗弯强度
    (添加金刚石)
    $ {\sigma }_{2} $ / MPa
    抗弯强度损失率
    η / %
    配方A 945 718 24
    配方B 1080 885 18
    配方C 1067 886 17
    配方D 1120 930 17
    下载: 导出CSV
  • [1] 谢北萍, 段隆臣, 孟大维. 金刚石工具胎体材料机械性能的概述 [J]. 超硬材料工程,2008,20(4):21-24. doi: 10.3969/j.issn.1673-1433.2008.04.007

    XIE Beiping, DUAN Longchen, MENG Dawei. Study on the mechanical properties of the matrix for diamond tools [J]. Superhard Material Engineering,2008,20(4):21-24. doi: 10.3969/j.issn.1673-1433.2008.04.007
    [2] 韩娟, 姚炯斌, 刘一波, 等. 磷铁含量对高铁基胎体性能的影响 [J]. 金刚石与磨料磨具工程,2010,30(3):49-54. doi: 10.3969/j.issn.1006-852X.2010.03.011

    HAN Juan, YAO Jiongbin, LIU Yibo, et al. Effect of addition of ferrophosphorus on the performances of high iron-based bond [J]. Diamond & Abrasives Engineering,2010,30(3):49-54. doi: 10.3969/j.issn.1006-852X.2010.03.011
    [3] 吕智, 郑超, 莫时雄, 等. 超硬材料工具设计与制造 [M]. 北京: 冶金工业出版社, 2010: 37-39.

    LV Zhi, ZHENG Chao, MO Shixiong, et al. Design and manufacturing of superhard material tools [M]. Beijing: Metallurgical Industry Press, 2010: 37-39.
    [4] 孙毓超, 刘一波, 王秦生. 金刚石工具与金属学基础 [M]. 北京: 中国建材工业出版社, 1999.

    SUN Yuchao, LIU Yibo, WANG Qinsheng. Fundamentals of diamond tools and metallurgy [M]. Beijing: China Building Industry Press, 1999.
    [5] 刘一波, 徐强, 徐良. 金刚石工具用金属粉末的特性、现状分析和发展趋势 [J]. 粉末冶金工业,2017,27(4):1-6. doi: 10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20170070

    LIU Yibo, XU Qiang, XU Liang. Characteristics, status analysis and development trend of metal powders for diamond tools [J]. Powder Metallurgy Industry,2017,27(4):1-6. doi: 10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20170070
    [6] 董晓, 许洪祥, 陆娜. 一种金刚石制品用预合金粉末的制备方法: CN106180744A [P]. 2016-12-07.

    DONG Xiao, XU Hongxiang, LU Na. A preparation method of pre-alloyed powder for diamond products: CN201610721874.5[P]. 2016-12-07.
    [7] 杨栋, 武玺旺, 张世峰, 等. 预合金粉在金刚石工具中的应用 [J]. 超硬材料工程,2020,32(3):37-40. doi: 10.3969/j.issn.1673-1433.2020.03.009

    YANG Dong, WU Xiwang, ZHANG Shifeng, et al. Application of pre-alloy powder in diamond tools [J]. Superhard Material Engineering,2020,32(3):37-40. doi: 10.3969/j.issn.1673-1433.2020.03.009
    [8] 孙双双. 金刚石绳锯用铁基水雾化预合金粉末的特性与应用研究[D]. 长春: 吉林大学, 2019.

    SUN Shuangshuang. Study on characteristics and application of iron-based water atomized prealloyed powder for diamond wire saw [D]. Changchun: Jilin University, 2019.
    [9] 肖俊玲, 胡国程, 丘定辉. 金刚石工具铁基结合剂的应用及展望 [J]. 湖南有色金属,2002,18(1):29-31. doi: 10.3969/j.issn.1003-5540.2002.01.010

    XIAO Junling, HU Guocheng, QIU Dinghui. The history, current development and divination on iron-based matrix of diamond tool [J]. Hunan Nonferrous Metals,2002,18(1):29-31. doi: 10.3969/j.issn.1003-5540.2002.01.010
    [10] 郑日升, 宋冬冬, 夏学胜, 等. 添加组分对LFP全预合金粉末性能的影响 [J]. 超硬材料工程,2012,24(5):30-34. doi: 10.3969/j.issn.1673-1433.2012.05.009

    ZHENG Risheng, SONG Dongdong, XIA Xuesheng, et al. Influence of addition component on the properties of LFP pre-alloy powder [J]. Superhard Material Engineering,2012,24(5):30-34. doi: 10.3969/j.issn.1673-1433.2012.05.009
    [11] 薛弘宇, 于新泉, 纠永涛, 等. P元素加入形式对铁基金刚石工具胎体组织性能的影响 [J]. 焊接学报,2018,39(11):69-72, 107, 132. doi: 10.12073/j.hjxb.2018390275

    XUE Hongyu, YU Xinquan, JIU Yongtao, et al. Effects of different kinds of phosphorus-containing prealloyed powder on the microstructures and properties of Fe-based sintered matrix [J]. Transactions of the China Welding Institution,2018,39(11):69-72, 107, 132. doi: 10.12073/j.hjxb.2018390275
    [12] 张凤林, 周玉梅, 王成勇. 金刚石工具中金刚石与金属结合剂之间的界面 [J]. 工具技术,2007,41(7):20-24. doi: 10.3969/j.issn.1000-7008.2007.07.005

    ZHANG Fenglin, ZHOU Yumei, WANG Chengyong. Interfacial microstructure between diamond and metal bonds in metal matrix diamond tools [J]. Tool Engineering,2007,41(7):20-24. doi: 10.3969/j.issn.1000-7008.2007.07.005
    [13] 黄希祜. 钢铁冶金原理 [M]. 北京: 冶金工业出版社, 1986: 297.

    HUANG Xihu. Principles of iron and steel metallurgy [M]. Beijing: Metallurgical Industry Press, 1986: 297.
    [14] 司卫征, 袁慧, 张凤林, 等. 金属基金刚石工具结合剂中添加合金元素的研究进展 [J]. 超硬材料工程,2007,19(1):31-33. doi: 10.3969/j.issn.1673-1433.2007.01.009

    SI Weizheng, YUAN Hui, ZHANG Fenglin, et al. Research advances of adding alloying elements in the bond of metal matrix diamond tools [J]. Superhard Material Engineering,2007,19(1):31-33. doi: 10.3969/j.issn.1673-1433.2007.01.009
    [15] 李鹏旭. 金刚石工具用铁基水雾化预合金粉末的性能测试及改性应用[D]. 长春: 吉林大学, 2020.

    LI Pengxu. Performance test and modification application of iron-based water atomized prealloyed powder for diamond tools [D]. Changchun: Jilin University, 2020.
    [16] 张冠星, 张雷, 刘晓芳, 等. 低熔包覆合金粉末及其制备方法和铁基金刚石胎体:CN202010662465.9 [P]. 2020-07-10.

    ZHANG Guanxing, ZHANG Lei, LIU Xiaofang, et al. Low-melting clad alloy powder, its preparation method and iron-based diamond carcass: CN202010662465.9 [P]. 2020-07-10.
  • 加载中
图(4) / 表(5)
计量
  • 文章访问数:  27
  • HTML全文浏览量:  20
  • PDF下载量:  6
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-10-23
  • 修回日期:  2023-10-08
  • 录用日期:  2023-10-08
  • 网络出版日期:  2024-11-20
  • 刊出日期:  2024-10-01

目录

    /

    返回文章
    返回