單層釬焊金剛石砂輪的另一種配方
Writer:洋洋???Source:???Timer:2017-04-25
目前生產中常用的超硬磨料砂輪有金屬結合劑砂輪、樹脂結合劑砂輪、陶瓷結合劑砂輪和電鍍砂輪,它們各有自己的特點。
(1)樹脂結合劑砂輪:結合劑為合成樹脂,結合強度不高,修整困難,砂輪氣孔較少,不耐高溫,易老化。
(2)金屬結合劑砂輪:結合劑為金屬,由粉末冶金制成,結合強度較高,氣孔較少,耐高溫,導熱性好,修整困難。
(3)陶瓷結合劑砂輪:結合劑為陶瓷,由高溫燒結而成,結合強度較高,耐高溫,耐腐蝕,修整較容易。以上3種砂輪的共同缺點是磨粒裸露高度較低,容屑空間較少,磨削比能較高,散熱性不好,加工中容易發生燒傷。鄭州貝斯達超硬材料有限公司專業生產金剛石顆粒及微粉,樹脂金剛石顆粒及微粉,CBN顆粒及微粉,以及鍍覆系列產品。
(4)電鍍砂輪:電鍍砂輪是近年來發展起來的一種新型砂輪,其顯著的特點是不需修整砂輪,磨粒裸露高度較高,可達20%-30%,容屑空間較大,磨削性能較以上3種砂輪有較大提高,且電鍍工藝簡單,砂輪制造容易,無需修整,使用方便;單層結構決定了它可以達到其它砂輪所無法達到的高速度。如電鍍CBN砂輪可實現高速、超高速磨削,其線速度200、250直到500m/s。電鍍砂輪的這些優勢使得它在超硬磨料砂輪的生產和應用中占極其重要的地位,在高速、超高速磨削中更是占據著無可爭議的主導地位。貝斯達 金剛石 金剛線
隨著電鍍砂輪的廣泛使用,其自身的一些缺陷也逐漸顯露出來。其中最主要的是結合強度不高,電鍍砂輪上的鍍層金屬并不是磨具行業嚴格意義上的結合劑,在鍍層金屬與基體和磨料的界面上不存在牢固的冶金化學結合,磨料實際上只是被機械地包埋鑲嵌在鍍層金屬中,把持力不大,在負荷較重的高效磨削中,砂輪容易因磨粒脫落而導致失效。為了增加把持力就必須增加鍍層厚度,從而導致磨粒的裸露高度減少,容屑空間相對減少,砂輪容易發生堵塞,散熱效果差,工件表面容易發生燒傷。
為了更充分發揮單層超硬磨料砂輪的優勢,國外90年代初開始以高溫釬焊工藝,開發了一種新型砂輪———單層高溫釬焊超硬磨料砂輪。用高溫釬焊替代電鍍開發單層超硬磨料砂輪,目的是利用釬焊的化學冶金結合,改善磨料、釬料、基體三者間的結合強度,由于高溫釬焊所提供的界面上的結合強度高,僅需將磨料間結合層厚度維持在磨料高度的20%-30%的水平上就能在大負荷的高速高效磨削中牢固地把持住磨料。
同時因為結合層厚度很薄,釬焊砂輪可使磨料裸露高度達到磨料高度的70%-80%,磨料間的容屑空間被大大擴展,不易堵塞,有效磨料切刃更多、更鋒利,磨削比能可大大降低,磨除單位體積的金屬所產生的熱量減少,再加上大的容屑空間可有效容納較多的磨削液,使磨削溫度大大降低,可有效防止磨削燒傷,尤其是在高效磨削中更能顯示出其無可比擬的優勢。
釬焊加熱設備為高頻感應焊機,焊料分別為HL209銀基釬料和Ni一Cr101,其上涂有銀焊劑102膏,金剛石JR4人造金剛石,粒度35/40。先對基體表面進行除銹、拋光,再用酒精清洗,人造金剛石用10%稀硫酸清洗后,再用去離子水漂洗后烘干;將102膏分別涂在基體表面和焊片上,把焊片放在基體表面上,再把金剛石撒在焊片上面,上機加熱。
提高金剛石與釬料結合強度的關鍵是在釬焊過程中金剛石與釬料在結合界面上能夠產生化學冶金結合,但金剛石的釬焊性較差,大多數金屬對金剛石的浸潤性都很差,雖然Al、 Fe、Co和Ni在液態下能浸潤金剛石,但在能浸潤的溫度下,它們對金剛石的侵蝕都很嚴重。
至于像Ti、Zr、Cr、V等過渡族元素是碳化物形成元素,雖然都能很好地浸潤金剛石,但它們的熔化溫度大于1600°C,在這個溫度下金剛石將會嚴重石墨化。即從釬焊金剛石的角度出發,似乎找不到一種既能充分浸潤又不嚴重侵蝕金剛石的純金屬材料。在反復實驗的基礎上,筆者發現在低熔點合金中添加少量碳化物形成元素是一條切實可行的途徑。筆者嘗試了兩種合金材料,一種是添加有Cr的Ag一Cu合金,感應釬焊35s,溫度為780 °C;另一種是Ni一Cr合金,感應釬焊30s,溫度為1080°C。結果兩種釬料均能將金剛石牢固地釬焊在鋼基體上,金剛石具有很高的把持強度。
后續的大負荷磨削實驗表明,沒有金剛石整顆脫落,圖2為Ag一Cu合金加Cr粉的釬焊金剛石砂輪試件的電鏡圖。借助能譜儀(EDS及電子探針(EPMA)對接頭區垂直于界面方向的截面進行了定點成份分析和線掃描,可以看到合金中的元素具有明顯的濃度分布偏析,其中靠近金剛石處Cr濃度達68.43%,靠近鋼基體處為49.25%,而合金中間處則為5.49%。進一步X衍射分析發現,合金釬料與金剛石在界而生成CrC的同時與鋼基體反應生成(FexCry)C的碳化物,因此這種釬焊工藝可以確保合金層與金剛石及鋼基體之間都能獲得較高的結合強度
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