一種高硬度聚晶金剛石拉絲模的放電等離子燒結(jié)制作工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及拉絲模技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高硬度聚晶金剛石拉絲模的放電等離 子燒結(jié)制作工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 在金屬壓力加工中，在外力的作用下使金屬強(qiáng)行通過模具，金屬橫截面積被壓縮， 并獲得所需要的橫截面積、形狀和尺寸的工具稱為拉絲模，它是一種使金屬絲由粗到細(xì)，逐 步達(dá)到人們所需要的尺寸的工具，由模套和模芯兩部分組成，在使用的過程中，由于拉拔的 作用，會使模具發(fā)生不同程度的損傷，質(zhì)量好的模具對于提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低企業(yè)的 成本是至關(guān)重要的，要想降低成本，獲得穩(wěn)定長時間的拉拔，精確地尺寸，較好的表面質(zhì)量， 沒有高質(zhì)量的拉絲模具是難以實現(xiàn)的。
[0003] 聚晶金剛石是用經(jīng)過認(rèn)真挑選的質(zhì)量優(yōu)良的人造金剛石單晶加上少量的硅、鈦等 結(jié)合劑，在高溫高壓的條件下聚合而成，以其高硬度、高耐磨性以及優(yōu)良的性價比等特點(diǎn)越 來越受到拉絲行業(yè)的青睞，成為拉絲行業(yè)應(yīng)用最廣泛的模芯材料，但是金剛石脆性較大，難 于加工，在制備模具以及模具的使用過程中會發(fā)生脆性爆裂，影響企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，拉絲模 在模芯表面會進(jìn)行鑲套保護(hù)模芯。拉絲模芯的鑲套是模具生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，其 中鑲套的成分以及鑲套工藝是直接影響拉絲模成品質(zhì)量的重要因素。目前常用的金剛石拉 絲模鑲套方法有兩種：一種是熱鑲，一種是粉末鑲，其中以粉末鑲套最為突出?，F(xiàn)有技術(shù)中 的模具在模芯的利用率，使用壽命和模具修復(fù)方面還不能達(dá)到另人們滿意的程度。
[0004] 放電等離子燒結(jié)是近年來發(fā)展起來的一種快速制備材料的新技術(shù)，與傳統(tǒng)的熱 壓、熱等壓和無壓等燒結(jié)技術(shù)相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)。在燒結(jié)初始階段利用直流脈沖電壓在顆 粒間產(chǎn)生散高溫等離子體，對被燒結(jié)材料進(jìn)行表面凈化、活化和均勻加熱，有助于形成均相 和高性能的燒結(jié)體，采用直流電直接對石墨模具和模具內(nèi)的燒結(jié)材料進(jìn)行通電加熱，具有 很高的熱效率，可獲得極快的加熱速度，從而有效地縮短了燒結(jié)時間，同時也利于保持原材 料的微結(jié)構(gòu)，得到性能優(yōu)異的燒結(jié)材料，但是在拉絲模具鑲套過程中未得到充分的應(yīng)用。
[0005] 目前，現(xiàn)有技術(shù)中的拉絲模具在使用壽命和可修復(fù)次數(shù)方面還不能達(dá)到令人滿意 的程度，選擇合適的鑲套用金屬粉末的成分和燒結(jié)方法，優(yōu)化鑲套工藝，提高模芯的利用 率，得的綜合性能好的模具，延長模具的使用壽命，提高生產(chǎn)的效率，降低生產(chǎn)成本是目前 亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高硬度聚晶金剛石拉絲模的 放電等離子燒結(jié)制作工藝，實現(xiàn)了模具的鑲套制作工藝的優(yōu)化，得到綜合性能好的模具，提 高模具制備過程中模芯的利用率，延長模具的使用壽命，增加模具的修復(fù)次數(shù)。
[0007] 本發(fā)明公開了一種高硬度聚晶金剛石拉絲模的放電等離子燒結(jié)制作工藝，所述拉 絲模包括聚晶金剛石模芯、鑲套和具有內(nèi)腔的鋼套，鑲套包裹模芯并設(shè)于鋼套的內(nèi)腔中，鑲 套由頂部、底部和環(huán)繞模芯的周部組成，鑲套采用金屬粉末燒結(jié)而成；鑲套制作工藝包括如 下步驟：
[0008] S1、按質(zhì)量百分比將34-37wt%的鐵粉、20-25wt%的鎳粉、15-19wt%的銅粉、 8-10wt %的鋁粉、8-10wt %的鋅粉、l-2wt %的錫粉、l-2wt %的鎂粉、2-3wt %的銀粉、 l-2wt%的磷粉、2-3wt%的鋅-30wt%錯中間合金粉混合均勻得到金屬粉；
[0009] S2、將鋼套放置在石墨模具中；稱取A單位Sl中配制的金屬粉倒入鋼套中，將石墨 壓柱插入石墨模具中壓住金屬粉，放入燒結(jié)機(jī)內(nèi)冷壓將金屬粉壓實形成鑲套底部；將聚晶 金剛石模芯某一面固定在鑲套底部，聚晶金剛石模芯與鋼套處于同一中心軸線；稱取B單 位Sl中配制的金屬粉倒入鋼套中，將石墨壓筒插入石墨模具中壓住金屬粉，放入燒結(jié)機(jī)內(nèi) 冷壓將金屬粉壓實形成鑲套周部；稱取C單位Sl中配制的金屬粉倒入鋼套中，將石墨壓柱 插入石墨模具中壓住金屬粉，放入燒結(jié)機(jī)內(nèi)冷壓形成鑲套頂部；其中裝入B單位的金屬粉 使金屬粉充滿聚晶金剛石模芯的周圍空間，裝入A單位的金屬粉和C單位的金屬粉后震動 石墨模具使金屬粉均勻平整；
[0010] S3、將S2中裝有冷壓成型的金屬粉、聚晶金剛石模芯和鋼套的模具放入放電等 離子燒結(jié)機(jī)內(nèi)進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，在放電等離子燒結(jié)過程中，鑲套底部、周部和頂部放 電等離子燒結(jié)形成一體鑲套，并且，鑲套、聚晶金剛石模芯和鋼套放電等離子燒結(jié)成一體 形成聚晶金剛石拉絲模；其中，放電等離子燒結(jié)過程如下：調(diào)節(jié)真空度為2-8Pa，起始壓 力為20-30MPa，以80-KKTC /min的升溫速率升溫至300-350°C后，降壓至10_20MPa，以 50-80°C /min的速率升溫至420-450°C，降壓至8-10MPa，以30-50°C /min的速率升溫至 500-520°C后以20°C /min的速率升溫至550-570°C，保溫保壓30-50秒，冷卻至室溫，卸壓 后取出得到高硬度聚晶金剛石拉絲模。
[0011] 優(yōu)選地，放電等離子燒結(jié)過程如下：調(diào)節(jié)真空度為3-6Pa，起始壓力為22-28MPa， 以88-95°C /min的升溫速率升溫至305-348°C后，降壓至12-18MPa，以55-75°C /min的速 率升溫至428-448°C，降壓至8. 5-9. 5MPa，以32-48°C /min的速率升溫至508-518°C后以 20°C /min的速率升溫至555-565°C，保溫保壓32-48秒。
[0012] 優(yōu)選地，放電等離子燒結(jié)過程如下：調(diào)節(jié)真空度為5Pa，起始壓力為25MPa，以 90°C /min的升溫速率升溫至330°C后，降壓至16MPa，以73°C /min的速率升溫至439°C，降 壓至9MPa，以45°C /min的速率升溫至512°C后以20°C /min的速率升溫至563°C，保溫保壓 41秒。
[0013] 優(yōu)選地,所述金屬粉按質(zhì)量百分比包括：35wt%的鐵粉、22wt%的鎳粉、16wt%的 銅粉、9?1: (%的錯粉、9￥1:(%的鋅粉、1.5￥1:(%的錫粉、1.5￥1:(%的鎂粉、2.2￥1: (%的銀粉、1￥1:(% 磷粉、2. 8wt%的鋅-30wt%錯中間合金粉。
[0014] 在本發(fā)明中，采用了新的鑲套用金屬粉配方，配方以鐵-鎳-銅系為基并添加了其 他元素組成。一方面，配方中提高了鋅的含量同時相應(yīng)的調(diào)整了鎳、錫的含量，在降低成本 的同時，易于形成金屬間化合物，使形成的鑲套與模芯和鋼套緊密貼合，在模具使用過程中 不易剝落，增加鑲套的耐磨性，延長了模具的使用壽命，增加了模具可修復(fù)次數(shù)，一方面，添 加了磷粉，在燒結(jié)的過程中助熔，加快了燒結(jié)的速度，另一方面，減小了金屬粉的顆粒大小， 金屬粉末粒度為160目左右，細(xì)化了晶粒，增加了形成鑲套的致密度，延長模具的使用壽 命。
[0015] 在本發(fā)明中，優(yōu)化了鑲套的工藝，采用冷壓成型與放電等離子燒結(jié)工藝相結(jié)合的 過程，采用冷壓，減少熱量投入的同時能防止聚晶金剛石在高溫條件下的脆裂，提高模芯的 利用率，同時儲存了能量，為之后的燒結(jié)提供了基礎(chǔ)；放電等離子燒結(jié)將脈沖大電流作用與 模具上，脈沖放電產(chǎn)生的沖擊波以及電子、離子在電場中的反方向高速運(yùn)動，使粉末表面的 起始氧化膜在一定程度上被擊穿，使粉末凈化、活化，顆粒粒子同時受到離子放電、導(dǎo)電加 熱以及加壓的綜合作用，降低了活化能，促進(jìn)顆粒原子的擴(kuò)散，提高了燒結(jié)的速率，縮短燒 結(jié)的時間，使燒結(jié)體從低溫區(qū)快速進(jìn)入高溫區(qū)，抑制了晶粒的生長；晶粒受到脈沖電流加熱 和垂直單向壓力的作用，體擴(kuò)散、界面擴(kuò)散都得到了加強(qiáng)，能夠加速致密化過程；脈沖電流 可以降低成核的能量，增大成核率，獲得細(xì)小的組織，得到綜合性能好的模具；放電等離子 燒結(jié)不僅有傳統(tǒng)燒結(jié)過程中通電產(chǎn)生的焦耳熱和加壓造成的塑性變形的作用促進(jìn)燒結(jié)過 程，還有效的利用了顆粒間放電產(chǎn)生的自發(fā)熱