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本文采用真空熱壓法，以 Fe 基元素混合粉末和MBD8 人造金剛石為原材料，制備Fe基孕鑲金剛石磨頭試樣。通過(guò)調(diào)整燒結(jié)溫度和壓力，改變磨頭顯微結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和界面結(jié)合狀況，研究制備工藝對(duì)磨頭摩擦磨損行為的影響機(jī)理，從而優(yōu)化胎體與金剛石的耐磨匹配性和界面結(jié)合特性，有效提高磨頭的摩擦磨損性能。
1實(shí)驗(yàn)
1．1 試樣制備
Fe 基孕鑲金剛石磨頭成分如表 1 所列。Fe 粉為氣霧化粉，平均顆粒尺寸 53 um ；Cu，Ni，Sn 粉為電解粉，平均顆粒尺寸 48 μm；金剛石磨粒選用平均顆粒尺寸 400 μm 的 M BD 8型人造金剛石。
1．2 性能及結(jié)構(gòu)分析
用HBRVU-187．5 型布氏硬度計(jì)和A G一10TA 型萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)量試樣硬度和抗彎強(qiáng)度。摩擦磨損試驗(yàn)在 M RH-3 銷(xiāo)盤(pán)式摩擦試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)裝配示意圖如圖1所示。上試樣為Fe基孕鑲金剛石磨頭，尺寸為24mm ~ 12m m ×4 mm ，摩擦面為 12m m X 4m m表面。對(duì)偶件為花崗巖(五蓮紅)圓盤(pán)，直徑 49 m m ，厚 13 m lTl。摩擦磨損試驗(yàn)前，用 100#砂紙將磨頭開(kāi)刃，50N 載荷下干摩擦，摩擦?xí)r間為60min，轉(zhuǎn)速為200 r／m in 。利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(JSM -6700F)~U附帶波譜儀(W D S)的電子探針(EPM A 一1600)對(duì)試樣斷口和摩擦面進(jìn)行表面形貌觀察和微區(qū)成分分析，用x 射線(xiàn)衍射儀(R igaku D ／Max一2400)分析斷口物相。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
2.1 磨頭力學(xué)性能
表2所列為不同燒結(jié)工藝Fe基孕鑲金剛石磨頭的硬度和抗彎強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果。由表 2 可知，提高燒結(jié)溫度或燒結(jié)壓力，磨頭的硬度和抗彎強(qiáng)度均增大。
圖2 所示為相同彎曲載荷下3種不同工藝磨頭的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)。3條曲線(xiàn)均存在彈性變形區(qū)(0～900 N ) 和塑性變形區(qū)( > 900N )，680 ℃／15MPa／4 min 和 760℃／15 MPa／4min 工藝磨頭的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)在0～1450N區(qū)間基本重合，760 ℃／15MPa／4 m in 工藝磨頭斷裂前塑性變形量較大，說(shuō)明其韌性較好。760 ℃／23 MPa／4 ra in 工藝磨頭的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)在彈性變形區(qū)的斜率較小，表明其具有較高的剛度。
圖3所示為不同的燒結(jié)工藝Fe基孕鑲金剛石磨頭的斷口形貌，圖中 (d) ， (e)， (f)為(a)，(b)，(c)方形框區(qū)域胎體放大照片，(g)，(h)，(i)為圓形框區(qū)域金剛石放大照片。680 ℃/15 MPa/4 min 工藝磨頭斷口中金剛石有脫落現(xiàn)象，組成胎體的粉末顆粒大多為機(jī)械結(jié)合，金剛石和胎體界面有較大縫隙，金剛石完好，如圖3(a)，(d)，(g)所示。760 ℃/15 MPa/4 min工藝磨頭斷口的金剛石未脫落，胎體斷口表現(xiàn)為以韌窩為特征的解理斷裂和穿晶斷裂的混合形貌，金剛石和胎體結(jié)合緊密，金剛石表面出現(xiàn)顯微裂紋和刻蝕坑(圖3(b)，(e)，(h))。760 ℃/23 MPa/4 min 工藝磨頭胎體也是混合斷口，金剛石在胎體中鑲嵌很好，金剛石發(fā)生解理斷裂，表面出現(xiàn)刻蝕坑(圖3(c)，(f)，(i))。
圖 4 為試樣斷口 XRD 圖譜。由圖可知，胎體以Fe，Cu，(Fe，Ni)固溶體為主相，760 ℃/15 MPa/4 min和760 ℃/23 MPa/4 min 工藝較680 ℃/15 MPa/4 min 工藝增加了Fe的碳化物(Fe2C，F(xiàn)eC)和銅錫化合物。
2.3磨頭的摩擦磨損性能
表3所列為不同燒結(jié)工藝Fe基孕鑲金剛石磨頭的磨削比。磨削比是摩擦磨損過(guò)程中金剛石磨頭損耗體積量與被加工工件去除體積量的比值，以表征磨頭耐磨性能。由表3可知，760 ℃/15 MPa/4 min工藝磨頭的耐磨性能最好，680 ℃/15 MPa/4 min 和760 ℃/23 MPa/4 min工藝磨削比相差不大。
圖 5 所示為不同燒結(jié)工藝磨頭的摩擦因數(shù)隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)。在680 ℃/15 MPa/4 min 工藝條件下，0~14 min內(nèi)摩擦因數(shù)不斷減小，14 min 后摩擦因數(shù)基本不變，可知摩擦開(kāi)始階段有效參與磨削金剛石數(shù)目隨摩擦?xí)r間的增加不斷減少，之后保持一個(gè)較穩(wěn)定水平，如圖5(a)所示。在760 ℃/15 MPa/4 min工藝下，隨時(shí)間增加，磨頭摩擦因數(shù)總體呈下降趨勢(shì)，在0~15 min 和 26~42 min 內(nèi)波動(dòng)較大，而在 15~26 min 和42~60 min 內(nèi)趨于穩(wěn)定，證明有效參與磨削的金剛石總數(shù)不斷減少且存在波動(dòng)、穩(wěn)定交替的變化規(guī)律(如圖5(b)所示)。760 ℃/23 MPa/4 min 工藝下，磨頭摩擦因數(shù)在0~10 min 內(nèi)保持穩(wěn)定，而后逐漸下降，說(shuō)明磨頭經(jīng)歷穩(wěn)定磨削到耐磨性能下降的過(guò)程(如圖 5(c)所示)。
