釺焊(hàn)金(jīn)剛石線鋸的製備工藝可以優化到這種程度?

點擊量:440 發布時間:2017-01-21 作者:快猫视频APP下载安装(上海)增材製造技術有限公司
依據磨粒的工作方式,金剛石線鋸可(kě)以分(fèn)為遊 離磨粒(lì)線鋸和固結磨料(liào)線鋸(jù)兩種。與遊離磨料金剛 石線鋸相比,固結磨料線鋸具有切縫窄、線速度高、 工(gōng)件表麵切割質量好、線鋸工作壽命長等優點。
 
目前在實際加(jiā)工領域應用的固結(jié)磨料線鋸主要有樹脂結合劑金剛(gāng)石線鋸和電鍍金剛石線(xiàn)鋸, 兩(liǎng)者都是通過(guò)機械鑲嵌的方(fāng)式將金剛石磨粒固定在線鋸基體(tǐ)上(shàng),因此磨粒與基體(tǐ)之間的結合強度(dù)低,切 割(gē)過程中(zhōng)金剛石磨粒很容易發生脫落,脫落的金剛(gāng)石磨粒進入(rù)切(qiē)割加工區域,對基體和工件表麵產生 機械滾壓和刻劃作用,勢必會降低線鋸(jù)的使用壽(shòu)命 和(hé)工件的切割表麵質量。
 
釺焊金剛石(shí)固結磨料線鋸 是(shì)近幾年研製的一種新型固結磨料線鋸,其基本原 理是利用釺焊(hàn)技術,在鋼絲(sī)基體表麵高溫焊接(jiē)單層 金剛石顆粒,以實現金(jīn)剛石磨粒與釺料(liào)層之間牢固 的化學鍵合。與樹脂結合劑固結磨(mó)料線鋸和電鍍金剛石(shí)固(gù)結磨(mó)料(liào)線鋸相比,釺焊金(jīn)剛(gāng)石線鋸具有 以下優勢(shì):金(jīn)剛石磨粒(lì)與線鋸釺料層的結合(hé)強度高, 金(jīn)剛石露出充分,容屑空間大,切割過程中線鋸不(bú)易 堵塞,切割效率髙,線鋸壽(shòu)命(mìng)長;線鋸使用切割過程 中的切割力小,功率低,切割溫度低,工件(jiàn)切割表(biǎo)麵(miàn) 質量髙。
 
目前,雖然學者們嚐試(shì)利用不同釺焊加熱方法和合金粉體釺料(liào)製備金剛(gāng)石線鋸,實現 了金剛石磨粒與鋼(gāng)絲基體之間的牢固連接,但是沒有從根本上解(jiě)決高溫加熱過程中鋼絲基體的熱損傷問題,也沒有揭示釺焊加熱過程中各參數對線鋸(jù)力 學(xué)性(xìng)能和顯(xiǎn)微組織的影響機製,製(zhì)備(bèi)的線鋸要實現 實際加工應用還有很(hěn)長的一段探索過程。
 
為解決此問題,作者利用兩種不同的(de)釺焊工藝方案,製備(bèi)了釺焊金剛石固結(jié)磨料線鋸,檢測(cè)了線鋸 的力學性(xìng)能,觀(guān)察(chá)線鋸的宏觀形貌和顯微組織,並在 線鋸切割機(jī)上進行實際運轉疲勞試驗,比較了不同 釺焊加熱方式和不同釺料製備金剛石線鋸(jù)性能的優 劣,力圖揭示釺焊各參數對線鋸力學性能的影響,為 實現釺焊(hàn)金剛(gāng)石固結磨料線鋸的實際切割應用奠(diàn)定基(jī)礎。
 
  1 試樣製備與試驗方法
 
1.1試樣製備
所用釺料為高熔點的鎳基合金粉體釺料和低(dī)熔 點的銀-銅-鈦(tài)合金粉體釺料;線鋸基體選用65Mn 彈簧鋼絲,直徑0. 2mm;金剛石磨粒選用PDA989 金剛石,平均粒徑45um。分別在QHL850型(xíng)真空釺焊爐中(zhōng)及SK-G06143-3型管式加熱爐中加熱(rè)進行釺焊,兩種釺焊工藝路線如下所示。
 
工藝一:
 
采用加熱時間長的QHL850型真空釺焊爐進行(háng)電阻加熱釺焊,配以高熔點(diǎn)的(de)鎳基合金粉為釺料,其主要化學成分(質量分數,下同)為72% Ni,10%Cr,餘(B、Si)。先(xiān)去除鋼絲基體表麵的油(yóu)汙,烘幹後在鋼絲基體上塗覆釺料(liào),種(zhǒng)金(jīn)剛石磨粒, 烘幹;然後將鋼絲置於真空爐(lú)腔體內,機械泵抽真空 至100-2 Pa;開始加熱,離子泵抽真(zhēn)空;溫度(dù)達到預定值1020 °C後保溫(wēn)15 min;停止加熱,隨爐冷卻, 製備得到的線(xiàn)鋸記為(wéi)線鋸1。
 
工藝二:
 
采用加熱時間(jiān)短的SK-G06143-3型(xíng)管式爐進行加熱釺焊,配以(yǐ)低熔點的銀-銅-鈦合金粉(fěn) 為釺料,其主要化學成分為68.8%Ag,26.2%Cu,
5%Ti。先去除鋼(gāng)絲(sī)基體表麵的油汙,烘幹後在鋼絲 基體(tǐ)上塗覆釺料,種金剛石磨粒(lì),烘幹;管式爐開始 加熱,達到預定值850 °C後通人(rén)氬氣15 min;鋼絲入爐,通過控製鋼絲走速來控製鋼絲釺焊加熱時間; 鋼絲出爐,並將該線(xiàn)鋸記為線鋸2。此工(gōng)藝方法的 優點在於鋼絲無須隨爐一起加熱,而是等爐溫(wēn)達到(dào) 預定值後,鋼絲再人爐,實現了類似於高頻感應快速 釺焊之目的。
 
 
1.2試驗方法(fǎ)
線鋸(jù)的拉伸性能測試在島津EZ-LX型(xíng)台式試 驗(yàn)機上(shàng),按(àn)照GB/T 228—2002《金屬材料室溫拉伸 試驗方法》進行,線鋸(jù)試樣標準間距為100 mm,每(měi) 組10根,取其平均值;線鋸的(de)抗彎性能在自(zì)製的設 備上進行,每組10根,以每根鋼絲或線鋸斷裂前的(de) 90°彎折次數來表示其抗彎性能,取10根的平均值; 線鋸的疲勞性能(néng)測試(shì)在STX-202型金剛(gāng)石線鋸切(qiē) 割機上進行,分(fèn)別截取20m的鋼(gāng)絲、線鋸1和線鋸2,無載荷運轉,以鋼絲或線鋸斷裂前(qián)的實際(jì)運轉時 間為其疲勞壽命,取10次的平均值:在VHX-1000 型基恩士三維形貌光學顯微鏡上觀察線鋸的表麵形 貌;在OLYMPUS GX51型倒置式數碼光學顯微鏡 上觀察線鋸的顯微組織。
  2 試驗結果與討論
 
2.1表麵形貌和結合麵形(xíng)貌
線鋸1的直(zhí)徑為0. 30 mm,極差為0. 017 mm; 線鋸2的直徑為0. 30 mm,極差為0. 015 mm。由 圖1可見,線鋸1的釺料(liào)層鋪展均勻,釺料融化(huà)充 分(fèn),金剛石磨粒周圍的釺料有明顯(xiǎn)的(de)爬升現象,磨粒 出露高度高。由圖2可見,線鋸(jù)2的釺料融化充分, 但釺(qiān)料層在鋼絲基體表麵的鋪展流動性和均(jun1)勻性較 差,經常會出現斷續的釺料層;單顆金剛石磨粒和釺料浸潤良好(hǎo),磨粒周圍的(de)釺料爬升顯(xiǎn)著(zhe),磨粒出露高 度高(gāo)。
 
 
 
從圖3中可以看出,線鋸(jù)1中的(de)釺料和基體(tǐ)間 出現了白色絲狀組(zǔ)織,而且絲狀組織已經滲人至基生共價鍵,結合強度比線鋸1的強度差。
 
 
2.2力學性能
由(yóu)拉(lā)伸試(shì)驗可知,兩種線鋸的抗拉強度相對於(yú)鋼 絲基體而言均有很大(dà)幅度(dù)的降低,線鋸1下降的最(zuì)為 嚴重,最大(dà)斷裂載荷僅為為41N,換算成抗拉強度為 591 MPa;線鋸2的最大斷裂(liè)載荷為(wéi)80N,換算成抗 拉強度為1132MPa。根據文獻可知,固結磨料線鋸在切割加工過(guò)程中張緊機構提供(gòng)的拉力一(yī)般小 於(yú)30N,對於循環往複式切割方式來說,切割過程中還存(cún)在加減速環節,長20m、線速度為1 m • s-1、加減(jiǎn)速時間為0.5s的線鋸在切割過程中承受的拉力約 為35N。因此(cǐ),采用兩種釺焊工藝製備的釺焊(hàn)金剛 石線鋸理論上都能用於一般的切割加工。
 
鋼絲的伸長率為4.01%,線鋸1的(de)伸(shēn)長率為 6.4%,而線鋸2的則為3. 27%。根據文獻可 知,線鋸的伸長率不能太(tài)大,否則在(zài)實際切割過程 中,線鋸將在拉力的作用下被拉長,導致線鋸表(biǎo)層出體內部,提高了(le)基(jī)體與釺料層的結(jié)合強度;線(xiàn)鋸2中(zhōng) 的釺料和基體之(zhī)間的結合部界限清(qīng)晰,沒有(yǒu)相互滲 透現象,說明銅基合金釺料與基(jī)體之間(jiān)的結合力較(jiào) 弱,釺料層(céng)和基體之間主要是以分(fèn)子力結合,沒有產現裂紋甚至被拉斷,一般(bān)商業用電鍍金剛(gāng)石(shí)線鋸的 伸長率為2%。因此,就伸長率而言,線鋸2比線鋸1更加適合實際(jì)切割加工。
 
由彎曲試驗可知,鋼絲基體的抗彎性(xìng)能最(zuì)佳,其 彎折次數可達110次,線鋸2次之,為41次,線鋸1 的僅為18次。抗彎性能在很(hěn)大程(chéng)度上影響著線鋸 的使用壽命,如果抗彎性(xìng)能過差,線鋸工作(zuò)一段時間 後(hòu),就會由於彎曲疲勞破壞而斷裂,從而失去切割功能。
2.3顯(xiǎn)微組(zǔ)織
釺焊加熱前,鋼絲為冷拉狀,組織為長(zhǎng)條形鐵素(sù) 體+珠光體,如圖4(a)所示;經1 020 °C以上的緩(huǎn)慢 升(shēng)溫和降溫後,線(xiàn)鋸1的基體組織發生顯著變化,為 高溫退火組織,晶粒(lì)明顯長(zhǎng)大,如圖4 (b)所示;經 850 °C左右的較(jiào)快升溫和降溫後,線鋸2的基體組 織為索氏體+塊狀鐵素(sù)體,晶粒有(yǒu)所長大,如(rú)圖4 (C)所示(shì)。
 
 
2.4疲勞性能
鋼絲在連續運轉(zhuǎn)了48h後仍然沒有發生疲勞 斷裂;線鋸1在張緊彈簧未充分張緊(jǐn)的情況下就(jiù)發 生了斷裂,或者在主軸啟動(dòng)和停止時即發生了斷裂(liè), 故其疲勞(láo)壽命為0;線鋸2實際運轉時間最長的為15h,最短的(de)為(wéi)8 h,其平均疲(pí)勞(láo)壽命為12h。因此, 就疲勞壽命指標而言,管(guǎn)式爐中釺焊製備工藝比較 合(hé)適製備(bèi)小直徑的線鋸。
  3 結論
(1)兩(liǎng)種釺焊工藝製備的線鋸釺料層充分融化,釺料與金剛石浸潤良好;線鋸1釺料層與基體之間的結合更好(hǎo),釺料層在(zài)鋼絲基體表(biǎo)麵鋪展(zhǎn)的連續 性和均勻性較好;線鋸1基體組織為高(gāo)溫退火組織, 線鋸2基體組織為回火索氏體組織。
 
(2)線鋸2的抗拉強度約為線鋸1的2倍,伸長率為線(xiàn)鋸1的1/2,抗彎性能為線鋸1的2倍,線 鋸2的疲勞壽命為12 h,而(ér)線鋸1的為0。
 
(3)以銀銅鈦合金粉為釺料,在管式爐中氬氣 保護氣氛下製備的釺焊金剛石線鋸性能較好,能滿(mǎn) 足線鋸的基本性能要求(qiú),有望應(yīng)用於實際切割加(jiā)工。
上一篇(piān):美國公司正研製低成本3D打印火箭發動機,最快2天造一台
下一篇:淺談高溫合金的“高溫(wēn)”之勢
  • 微信二維碼
  • 快猫视频APP下载安装_快猫黄色网站下载_快猫视频成人网址_快猫视频破解版污污污