添加磷铁对高铁基胎体性能的影响

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1、二、钢铁粉末及制品添加磷铁对高铁基胎体性能的影响韩娟姚炯斌刘一波葛启录(中国钢研科技集团公司，北京，100081)摘要采用粉末冶金方法制备了高铁基胎体的金刚石工具。通过检测材料的硬度、密度、冲击韧性等性能考察了磷铁的加入量对高铁基胎体性能的影响。通过衍射图、金相图等揭示了磷铁加入量对胎体微观结构变化的影响。结果表明：随着P_Fe含量的增加，胎体的相对密度增加，胎体硬度几乎呈直线上升。而胎体的抗弯强度、冲击韧度随加入量的增大而减小。随P-Fe的加入量增大，胎体的断裂是脆性断裂为主的韧一脆断裂向脆性断裂过渡。关键词铁基胎体磷

2、铁金刚石工具粉末冶金1前言在工具性能提高、成本不断降低的要求驱动下，国内外许多研究者开展了大量关于金刚石工具材料金属胎体的研究，根据胎体中主要成分的不同可归纳为Co基、cu基、Fe基、WC基等几大类【l“J。铁基胎体的特点是价格低廉，铁基胎体的研究一直都是金刚石工具行业的一个热点，许多铁基胎体的研究都集中在含铁量在40％一60％，通过添加不同的合金组元实现性能的提升”j。采用元素混合法制备的胎体力学性能稍逊于采用预合金粉制备的胎体，从抗弯强度以及断口处胎体与金刚石的结合情况可以推测预合金胎体对金刚石的把持力强。通过在胎体

3、中加入适当的添加剂，通过合理的工艺可使胎体的某些性能达到或接近预合金制备的胎体。在研究元素混合法制备高铁基胎体性能的基础上，本文通过加入一定量的磷铁(P—Fe)来考察胎体性能的变化。磷铁的加入主要考虑两个方面，一是经济性，添加剂的加入对胎体的成本不会造成大的影响；二是改善胎体性能的有效性，在实验中胎体只改变一种成分，从而准确获得磷铁对高铁基金刚石工具胎体性能的作用。2实验2．1原材料制备高铁基胎体的原材料主要有Fe粉、co粉、cu粉、Sn粉以及国外某牌号预合金粉，其中Fe粉使用同种工艺制作的三种粒度片状粉末；三种Fe粉的

4、中位径分别是47p,m、23p,m、14p,m，纯度99．5％；钻粉粒度为9p,m，纯度99．8％。Cu粉为电解铜粉约47p,m；锡粉为44p,m。国外高铁含量的预合金粉末成分为Fe—co—Cu—Sn，粒度7一lOp,m。制备含金刚石试样使用粒度为(350～420p．m)的金刚石，体积分数为25％。2．2材料制备制备胎体的配方为：Fe(65～75)、Co(10一15)、Cu(10～15)、Sn(3—6)，高铁预合金粉成分为Fe(70～75)、Co(12—15)、Cu(10一13)、sn(5～7)。制备工艺采用烧结温度86

5、0-l-15't2，压力30MPa，保温时间为30rain。1282009全国粉末冶金学术会议2．3性能测试采用三点弯曲法在Instron3369型试验机检测胎体抗弯强度；用HR一150A型洛氏硬度计测试胎体材料硬度；在JB30A型冲击试验机上，采用无缺口试样测试胎体材料的冲击韧性。采用HXS一1000AK型显微硬度计测试胎体中各相的硬度。利用JSM一6380LV型扫描电子显微镜(SEM)和Genesis一2000型能谱分析仪(EDS)对试样的弯曲试样断口以及金相试样表面作扫描分析。3结果与分析：3．1磷铁含量对胎体力学

6、性能的影响n昌?芒釜§口图1密度和硬度与P—Fe含量的关系图2相对密度和硬度与P—Ft含量的关系图1为胎体密度和硬度与磷铁(P—Ve)含量的关系图。从图l可见随着P—Fe含量的增加，胎体的密度呈减小的趋势，其密度从不含P—Fe的7．629／cm’减小到含磷铁15％时的7．449／cm3，这与P—Fe粉末的密度有关。P—Fe的含磷量为22．4％，其理论密度仅为4．79／em3，因而P—Fe含量的增多势必引起密度的下降，但是由于P—Fe中存在硬脆的Fe：P、FeP等化合物，因此P—Fe含量的增加造成了胎体硬度的大幅提高。同时

7、胎体硬度提高还与P促进了胎体的烧结有关。制备时采用的P—Fe粒度分布广，细小的P—Fe颗粒分散于胎体其它组元间，起到促进胎体烧结合金化、致密化等作用。图2为胎体相对密度与磷铁含量的关系图。从图2可见胎体的相对密度随P—Fe含量的增加从94．66％增加到97．89％，而材料硬度随相对密度提高而提高。试验中采用600目粒度的铁粉，可以适当降低烧结温度的同时还有利于元素的扩散迁移，促进合金化进程。图3为胎体抗弯强度与磷铁含量的关系图。由图3可见，未加入P—Fe的胎体具有最高的抗弯强度，为865MPa，而加入P—Fe后胎体的抗弯

8、强度均有不同程度的下降。含P—Fe3％、7％和9％的胎体抗弯强度分别是不含P—Fe胎体的89．O％、90．2％、87．3％；而含5％、10％和15％P—Fe的胎体其抗弯强度值处在较低水平，仅为不含P—Fe胎体的56．6～71．1％。产生较大差距的原因应与配方成分的调整有关，含5％、10％和15％P—Fe的胎体中Cu、