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 型布氏硬度計和A G一10TA 型萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測量試樣硬度和抗彎強(qiáng)度。摩擦磨損試驗(yàn)在 M RH-3 銷盤式摩擦試驗(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。對偶件為花崗巖(五蓮紅)圓盤，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。3條曲線均存在彈性變形區(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)隨時間的變化曲線。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，之后保持一個較穩(wěn)定水平，如圖5(a)所示。在760 ℃/15 MPa/4 min工藝下，隨時間增加，磨頭摩擦因數(shù)總體呈下降趨勢，在0~15 min 和 26~42 min 內(nèi)波動較大，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、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，說明磨頭經(jīng)歷穩(wěn)定磨削到耐磨性能下降的過程(如圖 5(c)所示)。