金剛石圓鋸片刀頭及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超硬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種金剛石圓鋸片刀頭及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金剛石工具絕大多數(shù)是將粘結(jié)劑與人造金剛石顆粒相混合，經(jīng)成形、燒結(jié)而成的 孕鑲式工具。金剛石顆粒主要起到切削刃的作用，胎體結(jié)合劑主要起到固定金剛石顆粒的 作用，以充分高效地發(fā)揮金剛石顆粒的切削、磨削作用，以其優(yōu)越的切削、磨削和耐磨等性 能被廣泛應(yīng)用于石材、陶瓷、混凝土等行業(yè)中。
[0003] 孕鑲式金剛石刀頭通常是金剛石顆粒與胎體結(jié)合劑按一定質(zhì)量比例等參數(shù)直接 混合，然后經(jīng)熱壓成型，也可先經(jīng)冷壓成型再經(jīng)熱壓成型，總之目前，大多數(shù)孕鑲式金剛石 鋸片都是通過熱壓燒結(jié)這一工藝制得。熱壓只適用于燒結(jié)形狀規(guī)則的樣品，并且效率較低， 同時(shí)也具有能耗高、勞動(dòng)密集、石墨模具損耗等缺點(diǎn)。
[0004]自由燒結(jié)（Free Sinter)，亦稱無壓燒結(jié)，指在正常壓力（0? IMPa)下將具有一定 形狀的坯料在真空（或氣氛保護(hù)）下經(jīng)高溫煅燒、物理化學(xué)反應(yīng)制成致密、堅(jiān)硬、體積穩(wěn)定、 具有一定性能的固結(jié)體的過程。具有產(chǎn)能高、能耗低、自動(dòng)化程度較高等優(yōu)點(diǎn)，其操作方法 簡潔，成本低廉，可滿足大批量生產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)在低投入的情況下生產(chǎn)高質(zhì)量金剛石切削工 具，易于產(chǎn)業(yè)化推廣。同時(shí)，自由燒結(jié)工藝，可高效、便利制備形狀復(fù)雜的刀頭。
[0005] 自由燒結(jié)工藝被廣泛應(yīng)用于陶瓷材料、多孔金屬材料的熱處理中，在金剛石工具 中的應(yīng)用研究報(bào)道較少。主要是由于沒有外加壓力作為反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力，在自由燒結(jié)過程中刀 頭的保形性通常難以控制，很難做到尺寸均勻收縮。同時(shí)自由燒結(jié)所得刀頭胎體的硬度、致 密度比熱壓燒結(jié)工藝制備的刀頭要低，在使用過程中其性能、壽命較熱壓燒結(jié)刀頭低，通常 僅用于低檔整體式燒結(jié)鋸片中，在高檔圓鋸片中的應(yīng)用鮮見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種金剛石圓鋸片刀頭及其制備方 法。該圓鋸片刀頭的成分適合采用自由燒結(jié)工藝制備，另外該方法可以提高工具的生產(chǎn)效 率，且降低生產(chǎn)成本。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下的技術(shù)方案：
[0008] -種金剛石圓鋸片刀頭，該刀頭由金剛石顆粒和用于固結(jié)所述金剛石顆粒的胎體 粉末形成，其中所述胎體粉末按質(zhì)量百分比由以下組分組成：Cu 15%~30%，Ni 0%~ 10%，Sn 2%~8%，Co 0%~10%，Me 0%~5%，其余為Fe以及不可避免的雜質(zhì)，Me選 自Mn、Ti、Si、Cr、P、Al中的至少一種。
[0009] 在上述金剛石圓鋸片刀頭中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述胎體粉末中Fe的質(zhì)量 百分比為40-80 %，更優(yōu)選為50 %~70 %。
[0010] 在上述金剛石圓鋸片刀頭中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述胎體粉末中Cu的質(zhì)量 百分比為20%~30%。
[0011] 在上述金剛石圓鋸片刀頭中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述胎體粉末中Ni的質(zhì)量 百分比為2%~8%。
[0012] 在上述金剛石圓鋸片刀頭中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述胎體粉末中Sn的質(zhì)量 百分比為2%~5%。
[0013] 在上述金剛石圓鋸片刀頭中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述胎體粉末中Co的質(zhì)量 百分比為0%~5%。
[0014] 在上述金剛石圓鋸片刀頭中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述胎體粉末顆粒的中位 徑D50為15~40 ym，其中所述中位徑D50通過激光粒度計(jì)測定。
[0015] 在上述金剛石圓鋸片刀頭中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述金剛石顆粒的中位徑 D50 為 30 ~45 y m。
[0016] 在上述金剛石圓鋸片刀頭中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述金剛石顆粒占所述金 剛石圓鋸片刀頭的質(zhì)量百分比為1. 5%~4%。
[0017] -種上述金剛石圓鋸片刀頭的制備方法，包括如下步驟：
[0018] 混料步驟：將上述胎體粉末與金剛石顆?；旌暇鶆?，然后加入造粒劑繼續(xù)混合均 勻；
[0019] 冷壓成形步驟：按照預(yù)先設(shè)定的粉量將所述混料步驟得到的混合物料裝入已組裝 好的壓制模腔內(nèi)，模具經(jīng)壓機(jī)壓制之后脫模，制得冷壓生坯；
[0020] 自由燒結(jié)步驟：將所述冷壓生坯放置在加熱爐中進(jìn)行自由燒結(jié)后冷卻取出，制得 所述金剛石圓鋸片刀頭成品。
[0021 ] 在上述制備方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，在所述混料步驟中，所需混料的總時(shí) 間為1-2h。
[0022] 在上述制備方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述胎體粉末為預(yù)合金胎體粉末。
[0023] 在上述制備方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，在所述冷壓成形步驟中，所述壓機(jī)壓 制的壓強(qiáng)為250~550MPa，保壓時(shí)間為10~15s。
[0024] 在上述制備方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，在所述自由燒結(jié)步驟中，所述自由燒 結(jié)的最高溫度為850~950°C，燒結(jié)氣氛為真空或保護(hù)氣氛（比如Ar、N 2、氏等），燒結(jié)總時(shí) 間為6-10h。更優(yōu)選地，在所述自由燒結(jié)步驟中，升溫至所述最高溫度的速度為100-200°C / h，在最高溫度條件下保溫時(shí)間為l_2h。
[0025] 在上述制備方法中，作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，在所述自由燒結(jié)步驟中，所述冷卻是 指自然冷卻或Ar氣淬冷。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：在傳統(tǒng)的金剛石刀頭配方Fe、Cu的基礎(chǔ) 上添加了 Ni、Sn、Ti、Cr、A1等合金元素。一方面可以降低胎體的合金恪點(diǎn)，可改善燒結(jié)性 與變形性；另一方面可以改善胎體對金剛石的浸潤性。兩方面相輔相成，有助于提升金剛石 胎體在自由燒結(jié)工藝中的性能。同時(shí)，采用自由燒結(jié)工藝，燒結(jié)過程無需外加壓力，操作方 法簡潔，可以有效避免熱壓燒結(jié)過程中帶來的石墨模具損耗、高能耗等問題，降低金剛石工 具制造成本，同時(shí)可滿足批量生產(chǎn)及復(fù)雜形狀刀頭生產(chǎn)，提高金剛石工具生產(chǎn)效率，工具壽 命與熱壓燒結(jié)法制造的工具接近，可實(shí)現(xiàn)在低投入的情況下生產(chǎn)高質(zhì)量金剛石切削工具， 易于產(chǎn)業(yè)化推廣。
[0027] 采用本發(fā)明胎體粉末配方及制備工藝制得的刀頭，致密度>97%，HRB硬度>100， 抗彎強(qiáng)度>l〇〇〇MPa。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面采用【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于此。
[0029] 本發(fā)明提供的金剛石圓鋸片刀頭，由金剛石顆粒和用于固結(jié)所述金剛石顆粒的胎 體粉末兩種原料形成，本發(fā)明的胎體粉末組分的設(shè)計(jì)，一是考慮滿足自由燒結(jié)工藝的需求， 即良好的冷壓成形性與燒結(jié)收縮性，使其可以保證在沒有外加壓力作為反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力時(shí)，依 然能燒結(jié)致密化；二是考慮作為金剛石工具的性能，即對金剛石的把持性與耐磨性，應(yīng)不遜 于同一檔次的熱壓燒結(jié)金剛石工具?；谶@兩種考慮，本發(fā)明的胎體粉末按質(zhì)量百分比由 以下組分組成：Cu 15%~30%，Ni 0%~10%，Sn 2%~8%，Co 0%~10%，Me 0%~ 5%，其余為Fe以及不可避免的雜質(zhì)，Me選自Mn、Ti、Si、Cr、P、Al中的至少一種。
[0030] 本發(fā)明胎體粉末中Fe、Cu、Ni、Sn、Co組分按質(zhì)量百分比優(yōu)選為：Fe :40%~80% (比如 42%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、78% )，Cu :20%~30% (比如 21%、 25%、28%)，附：2%~8%(比如3%、4%、5%、6%、7%)，511:2%~5%(比如3%、4%、 4.5%)，(：〇:0%~5%(比如1%、2%、3%、4%、4.5%)。更優(yōu)選地^6的質(zhì)量百分比含量 為 50-70%。
[0031] 在本發(fā)明中，胎體粉末可以為各組分粉末的混合粉，也可以為預(yù)合金胎體粉末，但 由于本發(fā)明的胎體粉末涉及組分種類較多，因此為避免在混料中出現(xiàn)偏析，優(yōu)選胎體粉末 為預(yù)合金胎體粉末。該預(yù)合金胎體粉末采用本領(lǐng)域常規(guī)的水霧化法制備得到。
[0032] 上述胎體粉末中，選用Fe為基體元素，一是由于其價(jià)廉，二是其對金剛石的浸潤 性好，燒結(jié)時(shí)對金剛石的輕微刻蝕可以提高胎體對金剛石的把持力，三是Fe的線膨脹系數(shù) 較其他金屬更接近金剛石的線膨脹系數(shù)，可以防止冷卻過程中出現(xiàn)裂紋；Cu元素的加入， 增強(qiáng)胎體強(qiáng)韌性；Ni、Co作為強(qiáng)化相元素加入，但考