燒結保溫時間對金剛石工具產品性能的影響

楊理清，駱穎，羅文來

(1.桂林特邦新材料有限公司，廣西桂林 541004;2.廣西超硬材料重點實驗室，桂林 541004)

燒結保溫時間對金剛石工具產品性能的影響

楊理清，駱穎，羅文來

(1.桂林特邦新材料有限公司，廣西桂林 541004;2.廣西超硬材料重點實驗室，桂林 541004)

主要討論了燒結工藝對金剛石工具產品性能的影響，并對燒結工藝中的燒結保溫時間對產品性能的影響進行測試與分析。測試結果表明:合理設計燒結保溫時間，可以獲得產品的最優性能，燒結保溫時間過長或過短都會對產品的性能產生影響。

金剛石工具;燒結工藝;Co基;力學性能

1 引 言

燒結工序是粉末冶金制品生產過程中的一個關鍵工序，也是對最終產品性能與質量影響最直接的工序，因此通過研究燒結工藝對產品性能的影響，對我們更為清晰、更為深入掌握產品的性能有著重要作用。本文重點研究了燒結工藝中燒結溫度、燒結時間這兩種關鍵工藝參數對產品性能的影響，我們認為，只有深入認真地研究清楚燒結工藝對產品性能的影響，才能在實際生產過程中懂得如何進行產品的工藝設計，從而達到降低能耗，保證質量的目的。

2 實 驗

本文中以Co為基礎配方產品，Co為主體，占70%，配以17%的Cu，其他元素Ni、Mn、Sn、Zn等占13%，以此來設計配方進行研究，粉料的粒度為300目，燒結設備為真空熱壓燒結機，制備的式樣規格為30mm×12mm×6mm，每種制樣數為6塊，制備串珠規格為Φ11.7×Φ8.0×H6.4，每種制備試樣數為300粒。

制備的式樣塊用于密度、硬度、抗彎強度及應力應變曲線測試和斷口形貌的觀察，硬度測試在HR-150A型洛氏硬度計上進行，采用HRB度量;抗彎強度采用三點彎曲法在萬能材料試驗機上進行測試，通過分析得到應力應變曲線;應用SEM掃描電鏡對試樣塊斷口形貌進行觀察與分析。

制備串珠試樣用于剝離強度的測試，剝離強度在萬能材料試驗機上進行，測試的壓力設計為35kN。

3 結果與討論

3.1 燒結保溫時間對試樣塊力學性能的影響

在測試燒結溫度對試樣塊力學性能的影響時，我們分別設計了5個保溫時間:8min、16min、24min、32min、40min，燒結溫度860℃，壓強18MPa。

不同保溫時間條件下，試樣塊的燒結致密度數據如圖1所示。

圖1 不同燒結保溫時間試樣塊致密度Fig.1 sample block density under different sintering time

從圖1的數據分析看，試樣塊的燒結致密度隨著燒結保溫時間延長，燒結致密度的數據值變化不大，當燒結保溫時間達到16min時，試樣塊的燒結致密度基本保持穩定，不再有大的變化，這說明燒結保溫時間的繼續增加不能繼續減少試樣塊內部的空隙或者說明試樣塊內部物質遷移非常困難。

不同燒結保溫時間條件下，試樣塊的硬度數據如圖2所示。

圖2 不同燒結保溫時間試樣塊硬度值Fig.2 sample block hardness under different sintering time

從圖2的數據分析看，試樣塊的硬度值隨著燒結保溫時間的延長而略有增加，但增加幅度很小，當燒結保溫時間達到16min后，試樣塊的硬度值基本穩定，說明當燒結保溫時間達到16min后，試樣塊的內部空隙不再變化，物質遷移也基本完成。

不同燒結保溫時間條件下，試樣塊的抗彎強度數據如圖3所示。

圖3 不同燒結保溫時間試樣塊抗彎強度值Fig.3 sample block bending strength under different sintering time

從圖3的數據分析看，試樣塊的抗彎強度同樣隨著燒結保溫時間的延長而略有增加，整個測試數據值比較較近，說明當燒結保溫時間達到16min后，試樣塊內部物質遷移基本完成，物質間連接也基本固定，因此試樣塊抗彎強度數據值沒有多大的變化，但是隨著保溫時間延長，試樣塊內部的晶粒不斷長大，試樣塊的韌性開始增加(見應力應變圖)。

燒結保溫時間分別為 8min、16min、24min、32min、40min，燒結溫度為860℃，燒結壓強18MPa的條件下，試樣塊的應力應變曲線如圖4所示。

圖4 不同燒結保溫時間試樣塊應力應變曲線圖Fig.4 sample block stress-strain curves under different sintering time

從圖4可以看出，隨著燒結保溫時間的增加，試樣塊的斷裂壓力數據值變化不大，但斷裂的時間隨著增加，甚至出現了試樣塊裂而不斷的情況，這主要是試樣塊在燒結保溫時間較短時，試樣塊內部物質遷移基本完成，但粉料間連接尚未形成整體，因此出現試樣塊剛性斷裂情況，但隨著燒結保溫時間不斷延長，試樣塊內部部分晶粒不斷長大，試樣塊粉料間整體性能不斷強化，從而產生試樣塊韌性不斷增加的現象。

3.2 燒結保溫時間對試樣塊斷面形貌的影響

圖5至圖 9為燒結保溫時間分別為 8min、16min、24min、32min、40min，燒結溫度為860℃，燒結壓強18MPa的條件下，試樣塊的斷面形貌圖。

圖5 試樣塊保溫時間8min斷面形貌圖Fig.5 fracture morphology of sample block under 8min sintering time

圖6 試樣塊保溫時間16min斷面形貌圖Fig.6 fracture morphology of sample block under 16min sintering time

圖7 試樣塊保溫時間24min斷面形貌圖Fig.7 fracture morphology of sample block under 24min sintering time

圖8 試樣塊保溫時間32min斷面形貌圖Fig.8 fracture morphology of sample block under 32min sintering time

圖9 試樣塊保溫時間40min斷面形貌圖Fig.9 fracture morphology of sample block under 40min sintering time

從以上試樣塊斷面形貌可以看出，燒結保溫時間8min時，試樣塊內部粉料分布雖然較為均勻但連接還比較松散，隨著保溫時間延長，試樣塊內部部分晶粒開始長大并且粉料間連接開始加強，試樣塊的斷裂韌窩開始明顯，因此說明試樣塊的韌性不斷的增加了，這一現象與試樣塊的應力應變曲線的變化是相符合的。

3.3 燒結保溫時間對燒結串珠剝離強度的影響

表 1為燒結保溫時間分別為 8min、16min、24min、32min、40min，燒結溫度為860℃，燒結壓強18MPa的條件下制備的試樣串珠，在萬能材料試驗機上采用35kN壓力的條件進行剝離強度性能測試的數據表，每一種試樣串珠測試數量為300粒。測試試樣串珠剝離強度數據如表1所示:

從表1的測試數據可以看出，當燒結保溫時間為8min時，串珠出現剝離概率為6.6%，當燒結保溫時間達到16min后，串珠沒有剝離的情況，因此說明串珠只有在滿足一定的燒結保溫時間的條件下，串珠胎體與基體相互充分滲透才能牢固地粘接在一起，滿足使用要求，不然就可能會出現串珠剝離，產生產品質量問題。

表1 試樣串珠在不同燒結溫度條件下串珠剝離數據表Table 1 exfoliation data of the style beads under different sintering time conditions

3.4 燒結保溫時間對金剛石工具產品性能的影響

將燒結保溫時間8min、24min、40min條件下制備的串珠生產成金剛石異形繩鋸，進行現場切割花崗巖銹石測試，測試結果如表2:

表2 不同保溫時間異形繩樣品現場測試性能數據表Table 2 the site test performance data for each special shaped rope sample

從表2數據可以看出，燒結保溫時間8min時，異形繩產品的切割效率最高，達到1.62m2/h，但切割壽命最短，只有8.3m2/m，并且在切割后期出現少量串珠剝離情況，隨著燒結保溫時間的延長，當燒結保溫時間達到24min時，異形繩產品切割效率為1.58m2/ h，稍有下降，但降幅很小，并且切割壽命有了較大幅度的提高，達到9.6m2/m，而且串珠沒有出現質量問題，綜合性能達到最優，隨著燒結保溫時間進一步延長，當燒結保溫時間達到40min時，異形繩樣品的切割效率明顯下降，只有1.26m2/h，盡管切割壽命還在繼續增加，但綜合性能并不突出。因此，通過測試數據對比，我們知道合理的設計燒結保溫時間，可以獲得產品的最優性能，燒結保溫時間過長或過短都會對產品的性能產生影響。

4 總 結

(1)燒結保溫時間對Co基配方力學性能中的致密度、硬度、抗彎強度影響較小，但對應力應變曲線的影響非常明顯，呈現出由剛性脆斷轉變為韌性彎曲的現象。

(2)燒結保溫時間對Co基配方產品的性能影響是十分明顯的，燒結保溫時間過長或過短都會對產品的性能產生影響。

［1］謝志剛，賀躍輝，王智慧，等.金剛石制品的金屬胎體的研究現狀［J］.金剛石與磨料磨具工程，2006，153(3):71-75.

［2］肖長江，趙延軍，尚秋元.燒結工藝對鐵基結合劑金剛石節塊力學性能的影響［J］.硅酸鹽通報，2011.10，30(5).

［3］Rosa G L.Evaluation of diamond tool behavior for cutting stone materials［J］.Ind.Diamond Rev，2004，1:45-50.

The Influence of Sintering Holding Time on The Performance of Diamond Tools Product

YANG Li-qing，LUO Ying，LUO Wen-lai
(1.Guilin Tebon Superhard Material Co.，Ltd.，Guilin，Guangxi 541004; 2.Guangxi Key Laboratory of Superhard Material，Guilin，Guangxi 541004)

The influence of sintering process on the performance of diamond tools product has been discusses in this article，and the influence of sintering holding time on the performance of diamond tools product has also been tested and analyzed.Results shows that:the best performance of the product can be obtained by reasonable design of sintering time.Either too long or too short sintering time will exert an influence upon the performance of the product.

diamond tools;sintering process;Co base matrix;mechanical properties

TQ164

A

1673－1433(2016)06－0010－05

2016－08－25

楊理清(1984－)，男，學士。所學專業:材料科學與工程，主要從事超硬材料工具制品的研究與開發工作。

楊理清，駱穎，羅文來.燒結保溫時間對金剛石工具產品性能的影響［J］.超硬材料工程，2016，28(6):10-14.