多孔金屬結(jié)合劑研究與超硬磨具制備
發(fā)布時間：2020-12-07 21:24
傳統(tǒng)的致密型金屬結(jié)合劑砂輪具有導熱性能好、對磨料的把持強度高、承載能力強、耐磨性能好等特點,但在使用過程中存在自銳性差、磨削溫度高等問題,限制了磨具加工效率的提高。而多孔金屬結(jié)合劑超硬磨具通過引入孔隙結(jié)構(gòu)解決了以上問題,但同時也削弱了結(jié)合劑對磨料的把持力。因此在保證氣孔率的同時提高結(jié)合劑對磨料的把持力,是提高磨削加工效率的關(guān)鍵。本文提出以Fe-Al、Ni-Al、Ti-Al金屬粉末作為多孔金屬結(jié)合劑,利用Kirkendall效應、粉末顆粒之間的間隙及反應造孔等造孔機制通過SPS定容燒結(jié)來制備氣孔率可控的超硬磨具。通過添加磷鐵粉和低熔點金屬（Cu、Zn、Sn）來提高FeAl多孔金屬結(jié)合劑在低溫燒結(jié)時的抗折強度。同時改變原料粉末粒度,分析孔隙結(jié)構(gòu)及孔徑的大小分布與抗折強度之間的關(guān)系。最后在800℃和1100℃分別制備出了氣孔率為30%的不同濃度和粒度的金剛石磨具和立方氮化硼（cBN）磨具,且研究了結(jié)合劑與磨料（金剛石、cBN）的界面結(jié)合狀態(tài)及對磨具抗折強度的影響。實驗結(jié)果表明:1、定容燒結(jié)可將結(jié)合劑的氣孔率精準控制,氣孔率達到30%-60%,相同氣孔率的Fe和Al等摩爾配比的樣品抗折強度比其...
【文章來源】：燕山大學河北省
【文章頁數(shù)】：67 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
FeAl二元合金相圖
第2章實驗材料及研究方法-11-沖電流，使脈沖電流通過模具和樣品。部分電流通過樣品及間隙能夠激活晶粒的表面，擊穿殘留在間隙的氣體，并進行局部放電，從而促進了晶粒之間的結(jié)合，通過石墨模具的部分電流起到加熱模具和樣品的作用。它的主要特點就是利用等離子體表面活化和加熱，使材料能夠?qū)崿F(xiàn)快速且致密化的燒結(jié)。該設備具有兩種測溫方式：紅外測溫和K型熱電偶測溫。根據(jù)K型熱電偶測溫的上限為700℃，高于700℃的燒結(jié)實驗需要使用紅外測溫進行測試。SPS設備在燒結(jié)過程中對石墨模具垂直單向給壓，最大的燒結(jié)壓力為10kN。Gedevanishvili[52]等發(fā)現(xiàn)升溫速率對Fe-40%.molAl合金燒結(jié)體的致密度有很大影響，提高升溫速率可以有效降低燒結(jié)體的密度，增大氣孔率，因此結(jié)合設備的燒結(jié)參數(shù)將升溫速率定為50℃/min，為確保Al元素在快速升溫的過程中不出現(xiàn)液態(tài)，在升溫至600℃時保溫10min然后繼續(xù)升溫，在最高溫度保溫20min，燒結(jié)氛圍高純氬氣。圖2-1SPS燒結(jié)設備示意圖為了能夠準確的控制金屬結(jié)合劑的氣孔率，結(jié)合SPS設備的燒結(jié)原理，選用松裝定容燒結(jié)進行制備多孔金屬結(jié)合劑超硬磨具，并對石墨模具進行了改造。石墨模具的改造如下圖2-2所示，將直徑為15mm的上下壓頭裁短，中間空出5mm的高度進行裝料，為防止樣品與模具發(fā)生反應對造成模具損壞，在燒結(jié)時金屬粉末與石墨壓頭中間放一層石墨紙，厚度約為0.3mm，經(jīng)過測試和計算燒結(jié)粉末所占體積為
燕山大學工學碩士學位論文-12-3.53cm3。為了保證在升溫過程電流平穩(wěn)，不影響設備正常使用，我們使用車床將石墨模具設計凸出2mm寬的圓環(huán)，為了保證模具不被損壞，施加在模具上的壓力控制在15MPa。圖2-2改造后的石墨模具示意圖根據(jù)石墨模具的設計與已知的金屬間化合物FeAl、TiAl、NiAl的理論密度，為了能夠精準控制氣孔率，特設計其填料質(zhì)量的公式如下：ρ1=ρ0（1-P）（2-1）m=πr2hρ1（2-2）式中ρ0——材料理論密度（g/cm3）；ρ1——樣品的體積密度（g/cm3）；P——預設氣孔率；m——燒結(jié)樣品所需質(zhì)量（g）；h——樣品高度（cm）；r——樣品半徑（cm）。2.4材料結(jié)構(gòu)表征與性能測試2.4.1樣品的磨拋處理使用SPS設備燒結(jié)后的樣品為圓柱體，為了保護樣品不與石墨模具發(fā)生化學反應，周圍包覆的有石墨紙。燒結(jié)后這些石墨紙會粘在樣品表面，為避免對后期的一些測試造成干擾及后續(xù)試驗的需要，我們對樣品進行磨拋處理。首先用400#的砂紙將這層石墨紙?zhí)幚砀蓛�，之后依次�?00#、1200#、1500#的砂紙對樣品進行處理，將樣品厚度控制在3mm-4mm方便抗折強度的測試。保證樣品在處理的過程中厚度
【參考文獻】：
期刊論文
[1]γ–TiAl金屬間化合物加工的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀[J]. 廖陽稷斂,顧琳,劉蘇毅,何國健. 航空制造技術(shù). 2020(04)
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碩士論文
[1]金剛石表面鍍覆層對金屬結(jié)合劑金剛石工具性能影響[D]. 栗曉龍.河南工業(yè)大學 2018
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[4]選區(qū)激光熔化成形多孔鋁合金的工藝及組織性能研究[D]. 錢德宇.安徽工業(yè)大學 2016
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[6]FeAl基多孔材料的制備及其性能的研究[D]. 何元章.華東理工大學 2012
[7]多孔金屬結(jié)合劑金剛石砂輪節(jié)塊設計和制備研究[D]. 丁蘭英.南京航空航天大學 2007
[8]多孔金屬結(jié)合劑金剛石砂輪的開發(fā)研究[D]. 廖翠姣.華僑大學 2006
本文編號：2903922
【文章來源】：燕山大學河北省
【文章頁數(shù)】：67 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
FeAl二元合金相圖
第2章實驗材料及研究方法-11-沖電流，使脈沖電流通過模具和樣品。部分電流通過樣品及間隙能夠激活晶粒的表面，擊穿殘留在間隙的氣體，并進行局部放電，從而促進了晶粒之間的結(jié)合，通過石墨模具的部分電流起到加熱模具和樣品的作用。它的主要特點就是利用等離子體表面活化和加熱，使材料能夠?qū)崿F(xiàn)快速且致密化的燒結(jié)。該設備具有兩種測溫方式：紅外測溫和K型熱電偶測溫。根據(jù)K型熱電偶測溫的上限為700℃，高于700℃的燒結(jié)實驗需要使用紅外測溫進行測試。SPS設備在燒結(jié)過程中對石墨模具垂直單向給壓，最大的燒結(jié)壓力為10kN。Gedevanishvili[52]等發(fā)現(xiàn)升溫速率對Fe-40%.molAl合金燒結(jié)體的致密度有很大影響，提高升溫速率可以有效降低燒結(jié)體的密度，增大氣孔率，因此結(jié)合設備的燒結(jié)參數(shù)將升溫速率定為50℃/min，為確保Al元素在快速升溫的過程中不出現(xiàn)液態(tài)，在升溫至600℃時保溫10min然后繼續(xù)升溫，在最高溫度保溫20min，燒結(jié)氛圍高純氬氣。圖2-1SPS燒結(jié)設備示意圖為了能夠準確的控制金屬結(jié)合劑的氣孔率，結(jié)合SPS設備的燒結(jié)原理，選用松裝定容燒結(jié)進行制備多孔金屬結(jié)合劑超硬磨具，并對石墨模具進行了改造。石墨模具的改造如下圖2-2所示，將直徑為15mm的上下壓頭裁短，中間空出5mm的高度進行裝料，為防止樣品與模具發(fā)生反應對造成模具損壞，在燒結(jié)時金屬粉末與石墨壓頭中間放一層石墨紙，厚度約為0.3mm，經(jīng)過測試和計算燒結(jié)粉末所占體積為
燕山大學工學碩士學位論文-12-3.53cm3。為了保證在升溫過程電流平穩(wěn)，不影響設備正常使用，我們使用車床將石墨模具設計凸出2mm寬的圓環(huán)，為了保證模具不被損壞，施加在模具上的壓力控制在15MPa。圖2-2改造后的石墨模具示意圖根據(jù)石墨模具的設計與已知的金屬間化合物FeAl、TiAl、NiAl的理論密度，為了能夠精準控制氣孔率，特設計其填料質(zhì)量的公式如下：ρ1=ρ0（1-P）（2-1）m=πr2hρ1（2-2）式中ρ0——材料理論密度（g/cm3）；ρ1——樣品的體積密度（g/cm3）；P——預設氣孔率；m——燒結(jié)樣品所需質(zhì)量（g）；h——樣品高度（cm）；r——樣品半徑（cm）。2.4材料結(jié)構(gòu)表征與性能測試2.4.1樣品的磨拋處理使用SPS設備燒結(jié)后的樣品為圓柱體，為了保護樣品不與石墨模具發(fā)生化學反應，周圍包覆的有石墨紙。燒結(jié)后這些石墨紙會粘在樣品表面，為避免對后期的一些測試造成干擾及后續(xù)試驗的需要，我們對樣品進行磨拋處理。首先用400#的砂紙將這層石墨紙?zhí)幚砀蓛�，之后依次�?00#、1200#、1500#的砂紙對樣品進行處理，將樣品厚度控制在3mm-4mm方便抗折強度的測試。保證樣品在處理的過程中厚度
【參考文獻】：
期刊論文
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[9]超硬磨具用金屬結(jié)合劑國內(nèi)外研究進展[J]. 鄒文俊,陳功武,宋城,彭進. 金剛石與磨料磨具工程. 2014(04)
[10]造孔劑（NH4）2CO3含量對FeAl多孔材料性能的影響[J]. 王杰豐,高海燕,江垚,楊軍勝,高麟,賀躍輝. 粉末冶金材料科學與工程. 2014(04)
碩士論文
[1]金剛石表面鍍覆層對金屬結(jié)合劑金剛石工具性能影響[D]. 栗曉龍.河南工業(yè)大學 2018
[2]鐵基合金對金剛石的泡沫化腐蝕及應用研究[D]. 李穎穎.湖南大學 2017
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[4]選區(qū)激光熔化成形多孔鋁合金的工藝及組織性能研究[D]. 錢德宇.安徽工業(yè)大學 2016
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[8]多孔金屬結(jié)合劑金剛石砂輪的開發(fā)研究[D]. 廖翠姣.華僑大學 2006
本文編號：2903922
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