WC的添加量對(duì)鐵基結(jié)合劑性能的影響

肖長(zhǎng)江　朱玲艷　張恒濤　栗正新

摘 要：本文在鐵基結(jié)合劑中加入0%、2.5%、5%、7.5%、10%的WC粉，采用熱壓燒結(jié)法制備出不同WC含量的鐵基結(jié)合劑節(jié)塊，并對(duì)鐵基結(jié)合劑節(jié)塊的硬度、抗彎強(qiáng)度和耐磨性進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：隨著WC粉的含量從0%增加到10%，鐵基結(jié)合劑的硬度逐漸增加；抗彎強(qiáng)度與耐磨性也同時(shí)提高。但抗彎強(qiáng)度與耐磨性的提高與WC加入量并非呈簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。

關(guān)鍵詞：鐵基結(jié)合劑；WC；力學(xué)性能；耐磨性

1 前言

近幾年來(lái)，許多學(xué)者圍繞著解決高溫下鐵對(duì)金剛石的熱浸蝕、提高結(jié)合劑與金剛石的結(jié)合強(qiáng)度，以及工具的自銳性等方面進(jìn)行了大量研究，取得了不少成果，并成功地用于生產(chǎn)實(shí)踐[1，2]。而提高金剛石工具結(jié)合劑的耐磨性一直是筆者研究的課題，因?yàn)殍F基結(jié)合劑的性能可調(diào)，又具有價(jià)格十分便宜的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，所以深受廣大研究者和應(yīng)用廠商的重視[3，4]。

一般來(lái)說(shuō)，含鐵40%～60%被稱為鐵基結(jié)合劑。加入一定量的銅、鋅、錫、磷鐵共晶合金等低熔點(diǎn)元素或合金作粘結(jié)相，讓其在燒結(jié)過(guò)程中較早熔融，成為液相，使結(jié)合劑具有液相燒結(jié)的一切特征，在較低的溫度下發(fā)生位移、擴(kuò)散、致密化、合金化等一系列燒結(jié)過(guò)程中的物理化學(xué)變化，從而得到理想的致密燒結(jié)體。添加少量的高硬度、高熔點(diǎn)的骨架成分，如：鎢、碳化鎢、金屬氧化物等，以提高結(jié)合劑的硬度和耐磨性，并通過(guò)調(diào)節(jié)這些成分來(lái)調(diào)整性能和適用范圍。

本文在鐵基結(jié)合劑中加入0%、2.5%、5%、7.5%、10%的WC粉，采用熱壓燒結(jié)法制備出不同WC含量的鐵基結(jié)合劑節(jié)塊，并對(duì)鐵基結(jié)合劑節(jié)塊的硬度、抗彎強(qiáng)度和耐磨性進(jìn)行了測(cè)試。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 實(shí)驗(yàn)原料及工藝

本文以300目的Fe粉、200目的Cu粉、200目的Sn粉、300目的還原Ni粉，以及300目的WC粉為原料。主要是保持Fe和Ni的含量不變，改變Cu-Sn和WC的含量，當(dāng)WC的含量從0%增加到10%，Cu-Sn粉的含量從45%相應(yīng)地減少到35%，其具體的配方如表1所示。

按照表1中的配方稱量好各種金屬粉末，在球磨機(jī)中混合均勻，然后裝入石墨模具中。由于本實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量抗彎強(qiáng)度和耐磨性，所以需制備兩種不同的試樣：一組做長(zhǎng)方形模具，共做五組，每組三個(gè)，試樣規(guī)格為40mm×10mm×10mm，測(cè)其抗彎強(qiáng)度和硬度；另一組做成圓形磨具，試樣規(guī)格為Φ7mm×10mm，測(cè)其耐磨性。采用熱壓燒結(jié)法燒結(jié)試樣，燒結(jié)溫度為760℃、壓力為20MPa，其具體的燒結(jié)工藝如表2所示。

2.2 性能表征

本文中的抗彎強(qiáng)度采用三點(diǎn)彎曲法在Instron5585型材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試；硬度在HR-50A型洛氏硬度計(jì)上進(jìn)行測(cè)試，耐磨性在立式萬(wàn)能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試。

3 結(jié)果分析與討論

不同含量的WC粉和Cu-Sn粉對(duì)樣品性能的影響如圖1、圖2所示。

由圖1可知，隨著WC含量的增加，以及Cu-Sn粉含量的減少，樣品的硬度一直增加。當(dāng)WC含量從0%增加到10%時(shí)，樣品的硬度從83.3增加到98.3。由圖2可知，隨著WC含量的增加和Cu-Sn粉的含量減少，樣品的抗彎強(qiáng)度的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)出增加再減少再增加的趨勢(shì)。但總的來(lái)說(shuō)，加入WC含量后，樣品的抗彎強(qiáng)度都增加了，從WC含量0%時(shí)的563.3MPa增加到10%時(shí)的622.3MPa。WC可以提高結(jié)合劑的硬度和耐磨性。在鐵基結(jié)合劑中，WC就是骨架金屬。由于WC是高硬度、高熔點(diǎn)的骨架成分，加入后能提高結(jié)合劑的硬度和抗彎強(qiáng)度。

不同WC和Cu-Sn粉的含量的樣品的耐磨性測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示。

從表3可以看出，隨WC加入量的增加，耐磨性先變好再變差。在本試驗(yàn)條件下，當(dāng)WC的加入量為0%時(shí)，磨損率最大，為0.0227%，耐磨性最差；當(dāng)WC加入量為5%時(shí)，鐵基結(jié)合劑的磨損率最小，為0.0075%，耐磨性最好。

4 結(jié)論

WC的加入提高了鐵基結(jié)合劑的硬度、抗彎強(qiáng)度與耐磨性。隨著WC加入量的增加，鐵基結(jié)合劑的硬度逐漸增加。但抗彎強(qiáng)度與耐磨性的提高與WC加入量并非呈簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。

參考文獻(xiàn)

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