杨理清，骆颖，罗文来

(1.桂林特邦新材料有限公司，广西桂林 541004;2.广西超硬材料重点实验室，桂林 541004)

烧结保温时间对金刚石工具产品性能的影响

杨理清，骆颖，罗文来

(1.桂林特邦新材料有限公司，广西桂林 541004;2.广西超硬材料重点实验室，桂林 541004)

主要讨论了烧结工艺对金刚石工具产品性能的影响，并对烧结工艺中的烧结保温时间对产品性能的影响进行测试与分析。测试结果表明:合理设计烧结保温时间，可以获得产品的最优性能，烧结保温时间过长或过短都会对产品的性能产生影响。

金刚石工具;烧结工艺;Co基;力学性能

1 引 言

烧结工序是粉末冶金制品生产过程中的一个关键工序，也是对最终产品性能与质量影响最直接的工序，因此通过研究烧结工艺对产品性能的影响，对我们更为清晰、更为深入掌握产品的性能有着重要作用。本文重点研究了烧结工艺中烧结温度、烧结时间这两种关键工艺参数对产品性能的影响，我们认为，只有深入认真地研究清楚烧结工艺对产品性能的影响，才能在实际生产过程中懂得如何进行产品的工艺设计，从而达到降低能耗，保证质量的目的。

2 实 验

本文中以Co为基础配方产品，Co为主体，占70%，配以17%的Cu，其他元素Ni、Mn、Sn、Zn等占13%，以此来设计配方进行研究，粉料的粒度为300目，烧结设备为真空热压烧结机，制备的式样规格为30mm×12mm×6mm，每种制样数为6块，制备串珠规格为Φ11.7×Φ8.0×H6.4，每种制备试样数为300粒。

制备的式样块用于密度、硬度、抗弯强度及应力应变曲线测试和断口形貌的观察，硬度测试在HR-150A型洛氏硬度计上进行，采用HRB度量;抗弯强度采用三点弯曲法在万能材料试验机上进行测试，通过分析得到应力应变曲线;应用SEM扫描电镜对试样块断口形貌进行观察与分析。

制备串珠试样用于剥离强度的测试，剥离强度在万能材料试验机上进行，测试的压力设计为35kN。

3 结果与讨论

3.1 烧结保温时间对试样块力学性能的影响

在测试烧结温度对试样块力学性能的影响时，我们分别设计了5个保温时间:8min、16min、24min、32min、40min，烧结温度860℃，压强18MPa。

不同保温时间条件下，试样块的烧结致密度数据如图1所示。

图1 不同烧结保温时间试样块致密度Fig.1 sample block density under different sintering time

从图1的数据分析看，试样块的烧结致密度随着烧结保温时间延长，烧结致密度的数据值变化不大，当烧结保温时间达到16min时，试样块的烧结致密度基本保持稳定，不再有大的变化，这说明烧结保温时间的继续增加不能继续减少试样块内部的空隙或者说明试样块内部物质迁移非常困难。

不同烧结保温时间条件下，试样块的硬度数据如图2所示。

图2 不同烧结保温时间试样块硬度值Fig.2 sample block hardness under different sintering time

从图2的数据分析看，试样块的硬度值随着烧结保温时间的延长而略有增加，但增加幅度很小，当烧结保温时间达到16min后，试样块的硬度值基本稳定，说明当烧结保温时间达到16min后，试样块的内部空隙不再变化，物质迁移也基本完成。

不同烧结保温时间条件下，试样块的抗弯强度数据如图3所示。

图3 不同烧结保温时间试样块抗弯强度值Fig.3 sample block bending strength under different sintering time

从图3的数据分析看，试样块的抗弯强度同样随着烧结保温时间的延长而略有增加，整个测试数据值比较较近，说明当烧结保温时间达到16min后，试样块内部物质迁移基本完成，物质间连接也基本固定，因此试样块抗弯强度数据值没有多大的变化，但是随着保温时间延长，试样块内部的晶粒不断长大，试样块的韧性开始增加(见应力应变图)。

烧结保温时间分别为 8min、16min、24min、32min、40min，烧结温度为860℃，烧结压强18MPa的条件下，试样块的应力应变曲线如图4所示。

图4 不同烧结保温时间试样块应力应变曲线图Fig.4 sample block stress-strain curves under different sintering time

从图4可以看出，随着烧结保温时间的增加，试样块的断裂压力数据值变化不大，但断裂的时间随着增加，甚至出现了试样块裂而不断的情况，这主要是试样块在烧结保温时间较短时，试样块内部物质迁移基本完成，但粉料间连接尚未形成整体，因此出现试样块刚性断裂情况，但随着烧结保温时间不断延长，试样块内部部分晶粒不断长大，试样块粉料间整体性能不断强化，从而产生试样块韧性不断增加的现象。

3.2 烧结保温时间对试样块断面形貌的影响

图5至图 9为烧结保温时间分别为 8min、16min、24min、32min、40min，烧结温度为860℃，烧结压强18MPa的条件下，试样块的断面形貌图。

图5 试样块保温时间8min断面形貌图Fig.5 fracture morphology of sample block under 8min sintering time

图6 试样块保温时间16min断面形貌图Fig.6 fracture morphology of sample block under 16min sintering time

图7 试样块保温时间24min断面形貌图Fig.7 fracture morphology of sample block under 24min sintering time

图8 试样块保温时间32min断面形貌图Fig.8 fracture morphology of sample block under 32min sintering time

图9 试样块保温时间40min断面形貌图Fig.9 fracture morphology of sample block under 40min sintering time

从以上试样块断面形貌可以看出，烧结保温时间8min时，试样块内部粉料分布虽然较为均匀但连接还比较松散，随着保温时间延长，试样块内部部分晶粒开始长大并且粉料间连接开始加强，试样块的断裂韧窝开始明显，因此说明试样块的韧性不断的增加了，这一现象与试样块的应力应变曲线的变化是相符合的。

3.3 烧结保温时间对烧结串珠剥离强度的影响

表 1为烧结保温时间分别为 8min、16min、24min、32min、40min，烧结温度为860℃，烧结压强18MPa的条件下制备的试样串珠，在万能材料试验机上采用35kN压力的条件进行剥离强度性能测试的数据表，每一种试样串珠测试数量为300粒。测试试样串珠剥离强度数据如表1所示:

从表1的测试数据可以看出，当烧结保温时间为8min时，串珠出现剥离概率为6.6%，当烧结保温时间达到16min后，串珠没有剥离的情况，因此说明串珠只有在满足一定的烧结保温时间的条件下，串珠胎体与基体相互充分渗透才能牢固地粘接在一起，满足使用要求，不然就可能会出现串珠剥离，产生产品质量问题。

表1 试样串珠在不同烧结温度条件下串珠剥离数据表Table 1 exfoliation data of the style beads under different sintering time conditions

3.4 烧结保温时间对金刚石工具产品性能的影响

将烧结保温时间8min、24min、40min条件下制备的串珠生产成金刚石异形绳锯，进行现场切割花岗岩锈石测试，测试结果如表2:

表2 不同保温时间异形绳样品现场测试性能数据表Table 2 the site test performance data for each special shaped rope sample

从表2数据可以看出，烧结保温时间8min时，异形绳产品的切割效率最高，达到1.62m2/h，但切割寿命最短，只有8.3m2/m，并且在切割后期出现少量串珠剥离情况，随着烧结保温时间的延长，当烧结保温时间达到24min时，异形绳产品切割效率为1.58m2/ h，稍有下降，但降幅很小，并且切割寿命有了较大幅度的提高，达到9.6m2/m，而且串珠没有出现质量问题，综合性能达到最优，随着烧结保温时间进一步延长，当烧结保温时间达到40min时，异形绳样品的切割效率明显下降，只有1.26m2/h，尽管切割寿命还在继续增加，但综合性能并不突出。因此，通过测试数据对比，我们知道合理的设计烧结保温时间，可以获得产品的最优性能，烧结保温时间过长或过短都会对产品的性能产生影响。

4 总 结

(1)烧结保温时间对Co基配方力学性能中的致密度、硬度、抗弯强度影响较小，但对应力应变曲线的影响非常明显，呈现出由刚性脆断转变为韧性弯曲的现象。

(2)烧结保温时间对Co基配方产品的性能影响是十分明显的，烧结保温时间过长或过短都会对产品的性能产生影响。

［1］谢志刚，贺跃辉，王智慧，等.金刚石制品的金属胎体的研究现状［J］.金刚石与磨料磨具工程，2006，153(3):71-75.

［2］肖长江，赵延军，尚秋元.烧结工艺对铁基结合剂金刚石节块力学性能的影响［J］.硅酸盐通报，2011.10，30(5).

［3］Rosa G L.Evaluation of diamond tool behavior for cutting stone materials［J］.Ind.Diamond Rev，2004，1:45-50.

The Influence of Sintering Holding Time on The Performance of Diamond Tools Product

YANG Li-qing，LUO Ying，LUO Wen-lai
(1.Guilin Tebon Superhard Material Co.，Ltd.，Guilin，Guangxi 541004; 2.Guangxi Key Laboratory of Superhard Material，Guilin，Guangxi 541004)

The influence of sintering process on the performance of diamond tools product has been discusses in this article，and the influence of sintering holding time on the performance of diamond tools product has also been tested and analyzed.Results shows that:the best performance of the product can be obtained by reasonable design of sintering time.Either too long or too short sintering time will exert an influence upon the performance of the product.

diamond tools;sintering process;Co base matrix;mechanical properties

TQ164

A

1673－1433(2016)06－0010－05

2016－08－25

杨理清(1984－)，男，学士。所学专业:材料科学与工程，主要从事超硬材料工具制品的研究与开发工作。

杨理清，骆颖，罗文来.烧结保温时间对金刚石工具产品性能的影响［J］.超硬材料工程，2016，28(6):10-14.