Characterizations and mechanical properties of impregnated diamond segment using Cu-Fe-Co metal matrix

Diamond impregnated Cu-Fe-Co based saw-blade segments are directly processed by vacuum and pressure-assisted sintering at different temperature,with the purpose of reducing the cobalt content in diamond tools.Copper and iron are used as the bonding elements and cobalt-chrome pre-alloyed powder is used as the hardening phase.Effects of sintering temperature on microstructures and mechanical properties of the sintered matrix and diamond graphitization were investigated by X-ray diffraction analysis,electron probe micro-analyzer,universal testing machine,digital Rockwell hardness tester and Raman scattering analyzer.Results showed that microstructures of the sintered matrix were refined and porosities in the sintered matrix were closed to a more spherical-like shape with the increase of the sintering temperature.Densification,hardness and tensile strength of the matrix sintered at 820 ℃ were 12.75％,2.72％ and 156.38％ higher than that of the matrix sintered at 740 ℃,respectively.Diamond graphitization was not occurred at 820 ℃.The hardness and the tensile strength rose 32.8％ and 13.5％,respectively,after 7.5 h ageing treatment.The matrix densification ascent and the dispersed distribution of Co-Cr pre-alloyed powders contributed a hardness improvement and a tensile strength improvement to the Cu-Fe based matrix.     

Influence of B4C coating on graphitization for diamond/WC-Fe-Ni composite

Diamond/WC-Fe-Ni composite is a potential composition for impregnated diamond drill bits. It is necessary to avoid the graphitization of the diamond from Fe and Ni under the powder metallurgy process. Boron carbide (B₄C) was coated on diamond, and diamond/WC-Fe-Ni composites were consolidated by hot pressing at different temperatures. The influences of sintering temperature and interfacial structure on bending strength and wear behavior were investigated. The bending strength for diamond/WC-Fe-Ni composite was dependent on matrix densification and interfacial graphitization. Un-coated diamond was eroded by Fe-Ni matrix and partially converted to graphite during the sintering process at all sintering temperatures. In opposite, B₄C coating was beneficial to matrix densification at a lower sintering temperature, and delayed the appearance of graphitization to around 1300 °C. Therefore, the diamond/WC-Fe-Ni composites with B₄C coating exhibited larger bending strength and better wear behavior at a relative low sintering temperature.     

CSB-2预合金粉质量分数和烧结温度对热压富铁基胎体力学性能的影响

热压富铁基金刚石钻头具有成本低、钻速高的优点,已在钻探中广泛应用。对比相同的热压富铁基胎体配方,通过测试试样的致密度、显微硬度、抗弯强度和抗冲击韧性,研究CSB-2预合金粉质量分数和烧结温度对金刚石钻头胎体力学性能的影响。试验结果表明:添加CSB-2预合金粉的胎体性能均比单质混粉胎体性能好。随CSB-2质量分数的增加,胎体的致密度、显微硬度、抗弯强度和抗冲击韧性分别最大提高了7.68%、27.99%、94.43%和312.82%;同时,胎体粉末预合金化有利于降低胎体的热压烧结温度;为获得良好的应用效果,CSB-2质量分数应大于30%,且最佳烧结温度为940~980℃。      

P元素加入形式对铁基金刚石工具胎体组织性能的影响

以常用的CuP8,FeP24两种预合金粉作为研究对象,运用SEM,EDS,硬度和抗弯强度等研究分析手段,研究了以不同形式加入P元素对铁基金刚石工具胎体组织性能的影响. 结果表明,烧结后胎体组织由α-Fe、含铁固溶体(Cu)、Fe₃C化合物组成,加入FeP24的烧结胎体中还存在Fe₂P和FeP化合物. P元素加入形式对胎体性能影响显著,向胎体中加入CuP8,P元素几乎全部脱离CuP8进入铁基体,相比于加入FeP24的胎体,P元素分布更均匀,胎体硬度、抗弯强度等性能指标均有提高. FeP24在热压过程中会产生微裂纹,这些微裂纹可能成为基体的裂纹源而降低胎体的抗弯强度. 因此,选用CuP8预合金粉更有利于获得高性能铁基金刚石工具胎体.     

水气联合雾化法制备铁基预合金粉末及其在金刚石工具中的应用

采用水气联合雾化工艺制备了金刚石工具用铁基预合金粉末,对水气联合雾化法、常规水雾化法制备的预合金粉末进行物性对比,并对相应地预合金粉末烧结块的断口形貌、力学性能进行比较与分析。结果表明:水气联合雾化工艺制备的预合金粉末氧含量较低,球形度好,粉末粒度细;水气联合雾化制备的预合金粉末TZ611烧结块断口形貌呈典型的韧性断裂和沿晶断裂特征;烧结块相对密度、硬度和抗弯强度等力学性能显著提高,对金刚石颗粒把持更好。采用水气联合雾化工艺制备的预合金粉末制造的圆锯片切割更为锋利,且使用寿命为常规水雾化粉末的1.62倍。      

Effect of nano-vanadium nitride on microstructure and properties of sintered Fe-Cu-based diamond composites

With FeCu₃₀ pre-alloy powder as the main component of the bond, a new type of nano‑vanadium nitride (VN) additive with different concentrations was introduced into Fe-Cu-based diamond composites to investigate the effect of nano-VN on the microstructure and properties of Fe-Cu-based diamond composites. The hardness, relative density, bending strength and wear loss weight of the fabricated specimens were tested, and then the fracture surfaces and worn surfaces of those specimens were analyzed using scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectrometry (EDS). The results show that the Fe-Cu-based diamond composites with nano-VN addition exhibited an improvement in the mechanical properties, plasticity and wear resistance, which can be attributed to the dispersion strengthening and grain refinement caused by nano-VN. And the nano-VN can also activate sintering, which can significantly improve the wettability of the binder to diamonds, resulting in more binder elements wetting and diffusion on the diamond surface during the sintering process. Besides, the diamond composites showed the best properties with the addition of 2% nano-VN. That is, the bending strength and the HRB hardness of the diamond composites increased by 25% and 20%, respectively, and the wear resistance of the matrix and holding force coefficient of the matrix to diamond were improved significantly. But an excessive amount of nano-VN was detrimental to the mechanical properties of Fe-Cu-based diamond composites.     

第二代FeCuCo预合金粉末的烧结与力学性能研究

采用国产真空热压烧结机制备了第二代FeCuCo预合金粉末的胎体试样,着重研究了不同烧结温度对胎体的断口形貌、相对密度、硬度和抗弯强度的影响。结果表明:在选定的不同热压烧结温度下,胎体的断口均为沿晶断裂和穿晶断裂的混合型断口,胎体的晶粒尺寸比较均匀;随着烧结温度的升高,胎体内的晶粒逐渐长大,但没有发生异常长大现象,胎体的相对密度先略有升高然后恒定不变,硬度一直呈下降趋势,抗弯强度先升高后下降;在30 MPa保压6 min的条件下,第二代FeCuCo预合金粉末的最佳烧结温度为850℃,此时胎体的相对密度为97.5%,硬度为105.5 HRB,抗弯强度为1 839.14MPa。     

粉末冶金制备TiAl基合金板材的研究现状及趋势

综述了TiAl基合金板材的元素粉法和预合金粉法2种粉末冶金制备工艺，介绍了元素粉末法、金属箔片法、预合金粉热轧法、物理气相沉积法和等离子喷涂法等工艺的制备过程和材料性能，论述了上述方法的特点和发展趋势。     

铜磷预合金粉在金刚石工具中的应用

在金刚石工具中添加铜磷预合金粉,热压烧结过程中铜磷预合金粉瞬时液化对铁铜基础粉形成钎焊连接,烧结体的致密度、硬度、强度均得到提高。铜磷预合金粉改善单质铁粉和铜粉的润湿性和结合力,并在晶界处生成脆性化合物,增加烧结体的脆性,提高了金刚石工具的锋利度,在金刚石工具行业中具有广阔的应用前景。      

铜基预钎焊金刚石锯片的界面分析及其性能研究

采用Cu-Sn-Ti钎料利用氩气保护高频感应钎焊对金刚石磨粒进行预钎焊处理。采用热压烧结工艺制作常规金刚石锯片、镀钛金刚石锯片和磨粒预钎焊金刚石锯片,并进行对比切割实验。通过三点抗弯实验测试上述三种节块的强度,并使用扫描电镜分析预钎焊金刚石磨粒界面和锯片节块断口的微观组织结构。结果表明:预钎焊金刚石磨料界面处存在元素的扩散现象并形成化学结合,且Cu-Sn-Ti钎料对金刚石磨粒的热损伤小;预钎焊金刚石节块的抗弯强度高于镀钛金刚石节块和常规金刚石节块;钎焊金刚石锯片刀头中金刚石与胎体之间同样存在元素的扩散现象,胎体与金刚石磨粒形成化学冶金结合;相同加工条件下,预钎焊金刚石锯片的切削效率相比于镀钛金刚石锯片和常规金刚石锯片分别提高7%和18%。     

磷对铜基金刚石工具胎体性能的影响

以铜、银、锡、锌、磷等为原料,采用热压快速烧结工艺制备铜基金刚石工具。研究磷对铜基结合剂抗弯强度、洛氏硬度和冲击韧性的影响;采用X衍射、扫描电镜分析结合剂的组织结构及其对金刚石的包镶能力。结果表明:磷能促进铜基结合剂的烧结,降低烧结温度,样品在400~460℃即可达到完全烧结;当烧结温度为420℃、磷含量(质量分数)为6%时,结合剂洛氏硬度达到90.4HRB,抗弯强度达到966.04MPa,综合性能最佳;加入金刚石粒度为30/35,浓度为100%时,其抗弯强度达到425.70MPa。     

烧结温度对CuZnSn13粉末烧结体组织和性能的影响

分别选用CuZnSn13雾化预合金粉末和Cu、Zn、Sn单质机械混合粉末为原料,通过热压烧结法制备CuZnSn13合金,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪等手段对烧结组织进行分析,运用排水法、洛氏硬度计和万能试验机测试致密度、硬度和抗弯强度。结果表明:相同烧结条件下,两种烧结体主要组成相基本相同;但是,和单质机械混合粉烧结体相比,预合金粉烧结体中固溶相更多,并存在少量硬脆相Cu₆Sn₅和Cu₆₁Zn₃₉相,组织更加均匀细小;两种烧结体随烧结温度的升高,致密度、硬度和抗弯强度整体呈上升趋势,但预合金粉烧结体的性能随温度变化幅度不明显。      

电火花烧结制品中金刚石表面不同镀层对其性能的影响

本文研究了表面镀覆Ti及Ti Ni的金刚石在电火花脉冲放电烧条件下表面镀层与镀层之间、镀层与金属颗粒之间的放电及熔焊现象，镀层对制品抗折强度及颗粒出露高度的影响。研究表明，表现具有金属性质的镀覆Ti及Ti Ni镀层金刚石能够参与粉末冶金过程中的脉冲放电烧结，增加了金刚石颗粒与基体金属的把持能力，从而大幅度提高了制品的抗折强度及颗粒出露高度，进而大幅度提高了金刚石工具的寿命及锋利度。     

国内外预合金粉末在金刚石工具中的应用

预合金粉末由于每个粉末颗粒都包含组成合金的各种金属元素,其共熔点比合金中单元素熔点低,因此预合金粉末具有成分均匀,烧结温度低等优点,从而引起了广泛的重视。本文介绍了金刚石工具用预合金粉末制造方法及特点,国内外预合金粉末产品性能及应用,在此基础上展望了未来预合金粉的发展趋势。     

干切花岗岩的金刚石小锯片试验研究

采用三种预合金粉末HF1、HF2、HF3混合作为锯片胎体材料,共设计了8种不同配方的金刚石小锯片进行干切花岗岩的试验,实现了金刚石小锯片在工作层高度范围内从开始到寿命结束全过程干切花岗岩。本文探讨了几种预合金胎体中金刚石参数设计的合理范围,分析了预合金粉末胎体对于干式切割锯片的作用。研究发现,铁基、铜基预合金胎体对金刚石能产生一定的冶金结合,能够提高胎体对金刚石的把持能力,使锯片在干切过程中,金刚石能够正常有效地刻取岩石。并对同一锯片做了干湿切对比,结果表明对于小尺寸金刚石锯片,干切的寿命明显高于湿切寿命,提高了锯片的利用价值。     

热压工艺参数对WC-Cu基胎体力学性能的影响

在深部钻探中,WC-Cu基金刚石钻头胎体被广泛使用。为了提高钻头使用性能,在同一胎体配方下,采用正交试验方案对热压参数进行设计,并烧制试样进行抗弯强度和显微硬度测试。通过方差和极差分析不同烧结温度(A)、烧结压力(B)、保温时间(C)、冷却方式(D)对金刚石钻头胎体力学性能的影响。试验结果表明:对纯胎体和含金刚石胎体抗弯强度影响的顺序为A>D>B>C;对胎体维氏硬度影响的顺序是A>C>B>D。本次正交试验中的最优理论烧结参数为A₃B₃C₁D₄,即烧结温度为960 ℃、烧结压力为16 MPa、保温时间为3 min、冷却方式为400 ℃保温炉冷。此时,与理论参数最接近的工艺试验结果为:纯胎体抗弯强度为983.33 MPa、硬度为437.40 HV,金刚石胎体试样抗弯强度为525.00 MPa。      

还原气氛热压烧结技术及其节能减排效益的研究

采用还原气氛带压的钟罩炉烧结(以下简称还原热压烧结)和传统热压烧结两种方式制备金属结合剂试样条和金刚石节块,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、硬度计、电子万能试验机、磨耗比测定仪和氮/氧分析仪等手段,研究两种烧结技术制备的金属结合剂试样条和金刚石节块的微观组织与宏观性能。结果表明,利用两种不同的烧结方式制备的金属结合剂试样条在微观上表现物相结构相同,低熔点Cu-Zn合金组份没与高熔点Fe-Ni合金组份产生冶金结合;在宏观上还原热压烧结制备的金属结合剂试样条的硬度略低于传统热压烧结的,而其抗弯强度和耐磨性均较优。与传统热压烧结工艺相比,还原热压烧结技术在低温低压下既可提高结合剂对金刚石的把持力,又可降低金刚石的热腐蚀。此外,利用还原热压烧结技术能大大降低成本和减少废气的排放。在实际产品应用中,利用还原热压烧结技术制备的φ350 mm金刚石锯片深受国内外客户的好评。     

Cu-Fe基金刚石锯片刀头真空液相烧结性能研究

采用真空液相烧结的方法,设计了Cu-n基刀头基体配方,以低熔点铜基预合金粉末为粘结相,并添加Ti、Cr等活性金属粉末改善基体与金刚石的结合力,通过组织观察及性能分析,讨论了粘结相．骨架相及活性金属含量对基体及刀头性能的影响。随Ti含量的增加,粘结相对骨架相的润湿能力增强,基体的硬度增加,基体对金刚石的结合力提高,刀头的耐磨性增加。随粘结相含量的增加,基体的合金化及致密性提高、硬度增加．刀头的耐磨性增加;硬质颗粒含量较少时对基体的增强作用是弥散强化,当硬质颗粒形成连续骨架时形成颗粒增强。     

预合金粉含量对铁基胎体微观组织及性能的影响

研究添加2%、6%、10%和14%质量分数的CuZnSn预合金粉,对金刚石陶瓷磨边轮铁基胎体热压烧结组织、物相组成及力学性能的影响。结果表明:不添加预合金粉烧结的铁基胎体主要包括灰白色、浅灰色和深灰色3种组织,存在的物相主要为γ-Fe、(Cu, Sn)和(γ-Fe, Ni)固溶体以及Fe₄Cu₃、Cu₄₁Sn₁₁、Ni₄Sn等金属间化合物;加入预合金粉后,烧结工艺相同时,胎体中灰白色组织面积明显减少,浅灰色组织面积增加,深灰色组织面积变化不明显,除上述物相外,还出现了Cu_0.61Zn_0.39和CuZn₂物相。随着CuZnSn预合金粉含量增加,铁基胎体的致密度、硬度、抗弯强度均呈先增大后减小的趋势,而磨损量则呈先减少后增加的趋势;在CuZnSn添加质量分数为6%时,分别达到最大值99.8%、104.4 HRB、947.2 MPa和最小值0.272 5 g。添加适量CuZnSn预合金粉可以增加铁基胎体的液相量,改善粉体流动性,提高胎体性能,添加过量则会降低其综合性能。      

一种具有较低烧结温度的超细钴粉的制备及表征

目前国内金刚石工具及钴粉生产,采用碳酸氢铵为沉淀剂,通过沉淀-热分解-还原工艺制备超细钴粉。研究了沉淀过程中温度、pH值等工艺参数的影响,制备得到Fsss粒度0．5～1μm的超细钴粉。采用SEM对超细钴粉进行了形貌观察,通过热压烧结制备了40mm×8mm×3．2mm样片,对样片的硬度及抗弯强度进行了表征。与传统草酸沉淀还原生产钴粉相比,本工艺制备的钴粉具有细晶球形的形貌,活性更高。此种超细钴粉的热压烧结样片在较低温度即可获得较高的硬度,在不同的温度范围内其抗弯强度表现出了良好的稳定性,并且降低了生产成本。