钟罩炉和电阻炉烧结金刚石工具胎体性能差异的分析

分别以单质粉和预合金粉设计了配方A和B,并分别采用钟罩炉和真空热压电阻炉对配方A和B的试样块在同样的温度和压力下进行烧结,通过对比分析A、B配方烧结试样的致密度、断口显微形貌、硬度、抗弯强度和断裂时间,研究这两种设备烧结样块性能的差异。实验结果表明,在840℃/25MPa的烧结条件下,铁基配方A钟罩炉烧结样块晶粒长大显著,硬度及抗弯强度明显下降,韧性提高;同样烧结条件下,预合金配方B的钟罩炉烧结样块晶粒长大不明显,硬度及抗弯强度无显著变化,韧性提高。     

高强度低成本石油钻头胎体配方的研究

文章以铁(Fe)为主体,以碳化钨(W2C)为辅助骨架,以铜(Cu)和镍(Ni)为粘结剂和浸渍合金,研制开发了三种高性能石油钻头胎体配方。首先依据胎体配方制备预合金粉末,然后测试胎体配方的抗弯强度和抗冲击韧性等性能,最后加入金刚石,试制钻头。实验结果表明,采用三种胎体配方所制备钻头的抗冲击韧性和抗弯强度都远高于行业标准的要求,表明钻头试制成功;新配方的成本比现用的胎体降低1/3左右。该项目研究在钻头制造中取得了突破性进展,提高了钻头在井内复杂环境下的工作能力,并降低了钻头成本。     

金刚石工具中FeNi合金替代Ni粉的应用研究(下)

为提高金刚石工具的综合性能,产品中需要添加一定比例的单质Ni粉,而近年来有色金属的价格不断上涨,导致金刚石制品的制作成本大幅度增加.以低价的Fe70Ni30合金粉部分取代单质Ni粉,在保持工具的性能不变的条件下,可大大降低产品成本.实验采用基础预合金粉JF-01(FeCu30)与羰基Ni粉、Fe70Ni30合金粉按不同比例配合使用,制备Φ105mm、Φ350mm花岗岩锯片及Φ400mm水泥锯片,考察了烧结胎体的基本性能(烧结温度、硬度、抗弯强度),并进行了切割性能比较.结果表明,在石材锯片中Fe70Ni30可取代30％～40％的Ni粉,降低成本10％以上;在水泥锯片中可替代40％以上的Ni粉,降低成本20％以上.     

超细铁铜锡磷预合金粉在高铁基金刚石工具中的性能研究

通过粉末冶金工艺制备了铁含量在70%～80%之间的金刚石工具胎体试样,研究了化学法生产的超细Fe-Cu-Sn-P预合金粉(添加比例在20%～60%)对高铁基胎体物理性能、机械性能和切割性能的影响。在密度天平、洛氏硬度计、拉伸试验机、扫描电子显微镜上分别测试试样的密度、硬度、抗压强度以及三点弯曲强度、断口形貌。结果表明:添加超细预合金粉有助于提高胎体的压制成型性,在实际生产中,建议添加比例控制在30%～50%;随着超细预合金粉含量的增加,试样的硬度和抗弯强度随之提高,合金粉含量达到50%以后试样的硬度和抗弯强度提高幅度变缓;随着超细预合金粉末含量的增加,胎体的烧结温度随之降低,其中A5的烧结温度比A1的烧结温度降低35℃;超细预合金粉末含量达到40%以后锯片切割五莲红的锋利度得到了明显提升。     

超细铁铜锡磷预合金粉在高铁基金刚石工具中的性能研究

通过粉末冶金工艺制备了铁含量在70%～80%之间的金刚石工具胎体试样,研究了化学法生产的超细Fe-Cu-Sn-P预合金粉(添加比例在20%～60%)对高铁基胎体物理性能、机械性能和切割性能的影响。在密度天平、洛氏硬度计、拉伸试验机、扫描电子显微镜上分别测试试样的密度、硬度、抗压强度以及三点弯曲强度、断口形貌。结果表明:添加超细预合金粉有助于提高胎体的压制成型性,在实际生产中,建议添加比例控制在30%～50%;随着超细预合金粉含量的增加,试样的硬度和抗弯强度随之提高,合金粉含量达到50%以后试样的硬度和抗弯强度提高幅度变缓;随着超细预合金粉末含量的增加,胎体的烧结温度随之降低,其中A5的烧结温度比A1的烧结温度降低35℃;超细预合金粉末含量达到40%以后锯片切割五莲红的锋利度得到了明显提升。     

FeCuCoY超细合金粉末胎体的烧结及其力学性能研究

采用共沉淀还原扩散法制备了不同Y含量的FeCuCoY超细合金粉,并采用真空热压机将之烧结为胎体试样块.重点研究了Y含量、烧结温度(700℃～900℃)对FeCuCoY胎体断口形貌、相对密度、硬度和抗弯强度的影响.实验结果表明:添加适量Y元素可明显改善FeCuCo超细合金粉胎体的硬度和抗弯强度,并能在一定程度上加快胎体烧结过程的进行.在不同的烧结温度下,FeCuCoY超细合金粉胎体的断口为沿晶断裂和穿晶断裂的混合型断口,且穿晶断裂所占比例随着温度的升高而增大;Y元素在合金中的最佳添加量为0.5wt.%,最佳烧结温度为800℃.此时,胎体的相对密度为98.0%,硬度为103.6HRB,抗弯强度为1531.41MPa.     

金刚石工具中FeNi合金替代Ni粉的应用研究(上)

为提高金刚石工具的综合性能,产品中需要添加一定比例的单质Ni粉,而近年来有色金属的价格不断上涨,导致金刚石制品的制作成表大幅度增加.以低价的Fe70Ni30合金粉部分取代单质Ni粉,在保持工具的性能不变的条件下,可大大降低产品成本.实验采用基础预合金粉JF-01(FeCu30)与羰基Ni粉、Fe70Ni30舍金粉按不同比例配合使用,制备Φ105mm、Φ350mm花岗岩锯片及Φ400mm水泥锯片,考察了烧结胎体的基本性能(烧结温度、硬度、抗弯强度),并进行了切割性能比较.结果表明,在石材锯片中Fe70Ni30可取代30％～40％的Ni粉,降低成本10％以上;在水泥锯片中可替代40％以上的Ni粉,降低成本20％以上.     

石墨材料对铜锡胎体性能影响的实验研究

为了研究不同形状和表面处理工艺的石墨材料对Cu-Sn预合金粉胎体性能的影响,文章选择了普通片状石墨、球形石墨和表面镀覆金属的石墨等原材料,并设计不同石墨含量的对比试验,借助SEM形貌、力学性能测试等方法分析胎体性能的变化情况。实验结果表明:在铜锡胎体中,等量添加形状规则的球形石墨与形状不规则的片状石墨相比,试样硬度、抗弯强度值变化不大,试样密度略有提高;与普通石墨相比,加入等量镀覆石墨能提高胎体硬度和抗弯强度,且随表面镀覆金属含量增多,硬度和抗弯强度提高越多,密度也随之提高;随着石墨加入量增多,胎体硬度、抗弯强度和耐磨性均会降低。     

激光焊接金刚石工具过渡层配方设计初步研究

采用预合金焊接层粉NEXT300替代工作层粉A中难烧结成分的方式设计过渡层粉G1~G4,以预合金焊接层粉NEXT300、单质Cu粉及预合金粉B混合的方式设计过渡层粉G5、G6,通过分层试样抗弯强度试验进行层间结合影响因素研究。试验结果表明:工作层强度与整体分层结构设计对于整体强度起决定性作用,过渡层仅起辅助改善作用。     

硬质合金加工磨具用CuSn-Co胎体的烧结行为和性能影响研究

采用Cu-Sn预合金粉和单质Co粉作为金刚石磨具胎体的主要成分,为了研究烧结工艺对磨具胎体性能的影响,进行了正交烧结实验,利用极差分析方法确定影响因素的敏感性,并借助SEM形貌、金相显微观察、力学性能测试等检测方法对比分析实验结果。结果表明:烧结试样密度、硬度的影响因素从大到小均为烧结温度、保温时间、保压压力;抗弯强度的排序则为保压压力保温时间烧结温度。烧结工艺还影响试样的内部显微组织,如孔隙率分布情况,晶粒形态、大小等。实验范围内该粉末在烧结温度800℃、保温时间120s、保压压力25MPa时综合性能最佳。     

CuFeCoRe预合金粉对金刚石锯片胎体性能作用分析

通过添加CuFeCoRe预合金粉末不同比例来测试金刚石胎体硬度、抗弯强度以及金刚石润湿状态的差异。添加一定比例的CuFeCoRe预合金粉末后,金刚石胎体相比于基础配方的硬度、抗折强度均有明显提高。通过扫描电镜观察发现,CuFeCoRe预合金金刚石胎体与金刚石结合更紧密,添加一定比例的CuFeCoRe预合金粉末后硬度呈线性提高。通过切割数据对比分析,CuFeCoRe基预合金粉末对金刚石胎体性能影响很大,切割锋利度提高22.3%,锯片切割寿命提高28.5%。     

烧结工艺对金刚石串珠Cu基胎体性能的影响研究

文章主要讨论了烧结温度、烧结压强对Cu基胎体硬度、抗弯强度、应力应变曲线及串珠剥离强度等力学性能的影响,实验结果表明:烧结温度、烧结压强对Cu基胎体力学性能影响显著,烧结温度越高,试样块的硬度值随之增高,达到最高值后变平稳,抗弯强度不断的增高,应力应变曲线由脆性断裂向韧性断裂发展;烧结压强越高,试样块的硬度值、抗弯强度值都呈现相应的增加;最后研究了烧结温度对串珠剥离强度的影响,结果表明在较低的烧结温度下,串珠胎体与基体结合强度明显不足,出现大量的串珠剥离现象,影响烧结串珠胎体的正常使用。     

不同气氛下预烧结对串珠胎体物理性能的影响初探

使用铁基金刚石串珠胎体结合剂,冷压成试验块冷压坯,在不同气氛保护下采用同一工艺进行预烧结,预烧结完成后与未经预烧结的标准试验块一起,使用同一工艺将冷压坯烧结成型,通过设备检测其相对致密度,以及HRB、抗弯强度等物理特性。根据结果得出:在不同气氛预烧结后,该铁基金刚石串珠胎体结合剂配方的抗弯强度有非常大的差别,HRB硬度变化不大,而抗弯强度与HRB硬度和相对致密度并没有很强的关联,还原气氛下进行预烧结对其抗弯性能有正面影响,并且可以提高其韧性。     

金属结合剂强度和微形变对薄壁工程钻性能的影响(上)

业内以烧结致密度、硬度和抗弯强度对金属基金刚石工具的工艺性予以表征,这种"静态"指标评价方式简易但不精准,尤其是对工具的使用性能设计无指导意义。作者尝试在薄壁工程钻上以抗弯载荷-挠度这一"动态"指标,模拟实际工况中工具的金属结合剂受力行为,辅以电镜形貌检测,寻求一种不必进行钻切试验即可量化评价工具工艺与使用性能的方法。文章重点研究了Co单质及Co60Fe30Ni10、Co50Fe30Cu10Ni10雾化预合金粉三种结合剂随烧结温度的不同其抗弯载荷-挠度曲线产生的变化,对在实际工况中的薄壁工程钻受力行为进行分析,推导出金属结合剂强度和挠度公式,并通过钻切试验对其进行验证。     

金属结合剂强度和微形变对薄壁工程钻性能的影响(下)

业内以烧结致密度、硬度和抗弯强度对金属基金刚石工具的工艺性予以表征,这种"静态"指标评价方式简易但不精准,尤其是对工具的使用性能设计无指导意义。作者尝试在薄壁工程钻上以抗弯载荷-挠度这一"动态"指标,模拟实际工况中工具的金属结合剂受力行为,辅以电镜形貌检测,寻求一种不必进行钻切试验即可量化评价工具工艺与使用性能的方法。文章重点研究了Co单质及Co60Fe30Ni10、Co50Fe30Cu10Ni10雾化预合金粉三种结合剂随烧结温度的不同其抗弯载荷-挠度曲线产生的变化,对在实际工况中的薄壁工程钻受力行为进行分析,推导出金属结合剂强度和挠度公式,并通过钻切试验对其进行验证。     

Cu和Ni的化合物对金刚石钻头胎体性能的影响

主要研究了在铁基胎体配方F15#的基础上添加不同量的含Cu或Ni的化合物对金刚石钻头胎体性能的影响。根据不同配方制作标准试样块,测试其硬度HRB、抗弯强度和磨耗比,以此来评价胎体的力学性能和耐磨性能,同时优选出配方制作钻头进行实际钻进试验。试验结果表明:随着胎体中Cu或Ni的化合物含量的增加,胎体的硬度、抗弯强度都呈现下降的趋势,胎体样块的磨耗比也逐渐下降,表明了钻进效率的提高,从实际钻进结果可知,钻头的钻进效率得到了提高,寿命也比较好。     

Ni含量对无压烧结金刚石刀头层间结合的影响研究

选择自主研制的预合金粉TB05作为主要结合剂设计初始无压烧结配方A,并通过调节Fe、Ni添加比例设计了配方组合A1～A4。通过对比分析各配方的无压烧结致密度、抗弯强度、断口显微形貌,研究了Ni含量对无压烧结金刚石刀头层间结合的影响。实验结果表明,虽然A1～A4配方体系下Ni含量达到8wt%时具有最佳抗弯强度1261.43MPa,但分层钻头试样中Ni含量不高于5wt%时具有更高的抗折性能,最高抗折弯矩达到21N·m。     

CeO2、La2O3、Y2O3和V2O5对Co-Cu-Sn-Fe超硬工具胎体力学性能的影响

选用Co55Cu29Sn10Fe6作为基础配方,以稀土氧化物(CeO2、La2O3、Y2O3)和V2O5作为添加物,研究它们对Co-Cu-Sn-Fe体系的胎体性能影响.研究发现,稀土氧化物对胎体的硬度改善不大,甚至会使硬度大幅降低,但是对胎体的抗折强度影响显著.CeO2含量在0.5％～0.8％、La2O3含量在0.6％、Y2O3含量在0.2％～0.5％时,抗折强度均较未加稀土氧化物的基础配方(451.9MPa)提高很多.V2O5对胎体的影响与稀土氧化物明显不同.V2O5含量低于1.0％时,胎体的抗折强度会有一定提高,在456.4～551.4MPa之间.     

银基高锡预合金粉末对大理石锯片胎体性能的影响研究

大理石锯片普遍存在锋利度差、胎体强度低、耐用性差等问题,通过采用银基高锡预合金粉末改善大理石锯片胎体性能来解决。通过试验检测分析,银基高锡预合金粉末A烧结体组织致密,添加银元素解决了高锡预合金粉末反偏析趋势强、烧结致密度差、分散缩孔的问题;添加预合金粉A替代单质锡粉,制备的大理石锯片烧结胎体相对单质粉末体系,胎体强度提高约9%,硬度下降约14%,塑性变形能力明显增强,微观组织存在网状高银、高锡的亮色硬脆相,避免了单质锡粉偏析形成的块状硬脆相;通过切削试验证明,添加预合金粉末A的大理石锯片刀头锋利度提高,胎体对金刚石结合性能好。通过以上试验得到初步结论,银基高锡预合金粉末A可有效改善大理石锯片胎体力学性能,提高锋利度和对金刚石的把持力。     

弱化胎体添加剂在金刚石锯片中的应用

利用万能材料试验机、摆锤冲击试验机、自动切割机等设备考察了一种添加剂对Fe基结合剂金刚石工具胎体力学性能及其锋利度、耐磨性的影响。结果表明:加入该添加剂可以降低胎体的抗弯强度、韧性、耐磨性,增加胎体的硬度和金刚石工具的锋利度,其添加量以3%～5%为宜。