超硬材料制品的鋼基體金屬結(jié)合劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種超硬材料制品的鋼基體金屬結(jié)合劑，屬超硬材料制品的結(jié)合劑，其特征是：先將鋼基體加熱到紅塑狀態(tài)即加熱溫度在700度—980度，然后以高速的沖壓或軋制的方法將超硬材料的顆粒如金剛石或CBN的顆粒擠壓到呈塑性狀態(tài)的鋼基體的表層中，在鋼基體冷卻后，依靠鋼基體本身的收縮力，將擠壓入鋼基體的表層中的超硬材料的顆粒緊緊地包夾住，使鋼基體的表層形成超硬材料層，且此超硬材料層的厚度可以通過反復(fù)加熱鋼基體和反復(fù)擠壓超硬材料來實(shí)現(xiàn)，在使用中，該超硬材料層與鋼基體共同承擔(dān)切削、磨削的功能，不僅耐磨，使用壽命長(zhǎng)，而且污染少、成本低。
【專利說明】超硬材料制品的鋼基體金屬結(jié)合劑

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬超硬材料制品的結(jié)合劑，尤其是涉及一種超硬材料制品的金屬結(jié)合劑。

【背景技術(shù)】
[0002] 在超硬材料制品的制作中，主要用陶瓷結(jié)合劑、樹脂結(jié)合劑及金屬結(jié)合劑來制作 超硬材料制品。上述結(jié)合劑的主要功能是：牢牢地把持住超硬材料，使超硬材料在使用過程 中不易脫落，延長(zhǎng)超硬材料的使用壽命及滿足需要的各種形狀。其中，金屬結(jié)合劑中又分成 金屬粉末(如粉末冶金)燒結(jié)、電鍍及釬焊等(詳見參考書："超硬材料及制品''笫309頁(yè)第 四章之"金剛石磨具的結(jié)合劑"，鄭州大學(xué)出版社2006年10月笫一次印刷)，但電鍍污染嚴(yán) 重，是國(guó)家嚴(yán)格控制的項(xiàng)目，需層層審批；而釬焊是將超硬材料顆粒焊接在鋼基體上，其 主要缺點(diǎn)是成本高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提出一種超硬材料制品的鋼基體金屬結(jié)合劑，該鋼基體金屬結(jié)合 劑能部分替代電鍍、釬焊，將超硬材料：如金剛石或CBN把持在鋼基體的表層，不僅無環(huán)境 污染，而且成本低，宜于推廣應(yīng)用。
[0004] 本發(fā)明的目的是這樣來實(shí)現(xiàn)的：一種超硬材料制品的鋼基體金屬結(jié)合劑(簡(jiǎn)稱鋼 基體金屬結(jié)合劑)，包括鋼基體和超硬材料，此鋼基體可為65Mn鋼或45#鋼或其他鋼種，按 照超硬材料制品的設(shè)計(jì)來選定鋼種，此鋼基體用于切削、磨削或增設(shè)耐磨層，此超硬材料主 要為金剛石、CBN及其聚晶體和WC，其特征是：先將所述的鋼基體加熱到紅塑狀態(tài)（S卩加熱 溫度在700度一980度)，然后用高速?zèng)_壓或軋制的方法將超硬材料的顆粒如金剛石或CBN 的顆粒擠壓到呈塑性狀態(tài)的鋼基體的表層中，在所述的鋼基體冷卻后，依靠鋼基體材質(zhì)本 身的收縮力，將擠壓入鋼基體的表層中的超硬材料的顆粒緊緊地包夾住，使所述的鋼基體 的表層形成超硬材料層，且此超硬材料層的厚度可以通過多次（即反復(fù)）加熱鋼基體和多次 (即反復(fù)）擠壓超硬材料的顆粒來實(shí)現(xiàn)，在使用中該超硬材料層與鋼基體共同承擔(dān)切削、磨 削的功能，不僅耐磨，使用壽命長(zhǎng)，而且污染少、成本低。
[0005] 該鋼基體金屬結(jié)合劑因利用了鋼基體的本身材料，制作簡(jiǎn)單，用途廣泛，可用于： 各種金屬及非金屬材料鋸切所使用的鋸條及園盤鋸，各種石油、地質(zhì)、礦山建筑用的鉆頭， 以及砂輪、磨盤、磨擦片、襯板及軋鋼導(dǎo)衛(wèi)等。
[0006] 本超硬材料制品的鋼基體金屬結(jié)合劑的制造工藝流程如下： 1、根據(jù)超硬材料制品的設(shè)計(jì)要求，選擇鋼基體材質(zhì)并將此鋼基體加工成所需的形狀。
[0007] 2、根椐超硬材料制品的設(shè)計(jì)要求，選擇超硬材料的型號(hào)，如選擇金剛石或CBN的 型號(hào)，即選擇超硬材料的抗壓強(qiáng)度，且此超硬材料顆粒的形狀、粒徑均按照設(shè)計(jì)來選擇。
[0008] 3、選擇加熱設(shè)備及加熱方式：加熱設(shè)備為通用的高溫廂式爐、中頻感應(yīng)加熱和高 頻感應(yīng)加熱，采用通用的電阻加熱、燃?xì)鈬娚淙紵訜岬募訜岱绞健?br> [0009] 4、選擇沖壓或軋制設(shè)備：采用通用的固定臺(tái)式壓力機(jī)（即沖床)、液壓壓力機(jī)以及 為超硬材料制品專門設(shè)計(jì)的熱軋機(jī)，（說明：此專門設(shè)計(jì)的熱軋機(jī)擬另外申請(qǐng)專利，故在本 文中未作進(jìn)一步描述)。
[0010] 5、將選擇的超硬材料的顆粒粘結(jié)在用膠帶紙制作的傳送帶上，再將此膠帶紙粘 結(jié)在沖壓模具的上下模上或熱軋機(jī)的上下軋輥的表層上，或直接用膠水將選擇的超硬材料 的顆粒粘結(jié)在上下模上，且根據(jù)超硬材料制品的設(shè)計(jì)需要，可單向或雙向地粘結(jié)所選擇的 超硬材料的顆粒，即在上下模上或在上下軋輥的表層上單向或同時(shí)粘結(jié)此超硬材料的顆 粒，此超硬材料的顆粒的排列密度由超硬材料制品的設(shè)計(jì)濃度所決定。
[0011] 6、加熱：利用所選擇的加熱設(shè)備及加熱方式，將所選擇的鋼基體加熱到紅塑狀態(tài)， 即加熱至700度一980度，且此加熱溫度的控制采用通用的測(cè)溫儀如熱電偶、遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀 來測(cè)控。
[0012] 7、將加熱到紅塑狀態(tài)（即達(dá)到加熱溫度：700度一980度）的鋼基體送進(jìn)所選擇的 設(shè)備的上下模中或上下軋輥之間進(jìn)行沖壓或軋制，使鋼基體塑性變形，并將所選擇的超 硬材料顆粒擠壓進(jìn)鋼基體的表層內(nèi)，此時(shí)，沖壓、乳制的鋼基體的溫度不能低于700度，否 則所選擇的超硬材料顆粒會(huì)破碎而擠壓不進(jìn)鋼基體的表層內(nèi)，同時(shí)，在沖壓時(shí)，必須保證鋼 基體的塑性變形量，此沖壓進(jìn)鋼基體表層內(nèi)的超硬材料顆粒的體積會(huì)使同體積的鋼基體材 質(zhì)向四周延伸，因此不能在封閉的上下沖模腔內(nèi)沖壓。
[0013] 本發(fā)明所提出的超硬材料制品的鋼基體金屬結(jié)合劑，該鋼基體金屬結(jié)合劑能替代 部分電鍍、釬焊制品，將超硬材料：如金剛石或CBN把持在鋼基體的表層內(nèi)，不僅無環(huán)境污 染，而且成本低，宜于推廣應(yīng)用。
[0014] 現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所提出的超硬材料制品的鋼基體金屬結(jié)合劑作進(jìn) 一步的說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明所提出的超硬材料制品的鋼基體金屬結(jié)合劑的使用示意圖之一： 圖1是采用金剛石鋼基體金屬結(jié)合劑的地質(zhì)鉆頭： 將金剛石鋼基體金屬結(jié)合劑制造的刀頭及金剛石鋼基體金屬結(jié)合劑制造的保徑條焊 接在鉆頭體3上。
[0016] 圖2是本發(fā)明所提出的超硬材料制品的鋼基體金屬結(jié)合劑的使用示意圖之二： 采用金剛石鋼基體金屬結(jié)合劑制作的砂輪的磨頭5,并將此磨頭5焊接在鋼板制成的 砂輪體4上。
[0017] 圖1、圖2中：1、鋼基體 2、金剛石顆粒 3、鉆頭體 4、砂輪體 5磨頭。

【具體實(shí)施方式】 實(shí)施例
[0018] 本公司通過實(shí)驗(yàn)室30小時(shí)的磨削試驗(yàn)，在線磨削速度為65M/S，用金剛石鋼基體 金屬結(jié)合劑制造的砂輪磨削不銹鋼取得良好的效果。
[0019] 實(shí)驗(yàn)工藝流程如下： 1)、用長(zhǎng)X寬X厚為50mmX15mmX2.6mm的65Mn鋼板（65號(hào)錳鋼板)，制作用于砂輪 片上的磨頭5的鋼基體1，共二十四24塊，選擇外直徑為390mm的65Mn砂輪體4 一個(gè)。
[0020] 2)、選擇超硬材料：選擇型號(hào)為MBD8-45#的金剛石顆粒2,濃度為100%。
[0021] 3 )、選擇加熱設(shè)備和加熱方式： 選擇15千瓦高溫箱式爐，將制作磨頭5用的鋼基體1 :即65Mn鋼板放在此箱式爐中加 溫到900度。
[0022] 4)、選擇沖壓設(shè)備：選擇J21G-25高速開式固定臺(tái)式壓力機(jī)。
[0023] 5)、金剛石的沖壓過程： 用膠帶紙均勻地粘結(jié)金剛石顆粒2 (按照濃度100%的密度排列)，再把此膠帶紙粘在壓 力機(jī)上的呈三角齒形的上下模上，然后把加溫到900度的65Mn鋼片（即磨頭5的鋼基體1) 送到此上下模之間，驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)，將鋼基體1沖成帶三角形排屑槽的磨頭5,同時(shí)也將金剛 石顆粒2沖壓入鋼基體1的兩側(cè)面的表層內(nèi)，此時(shí)鋼基體1 (即65Mn鋼片）的厚度由原來 的2. 6mm沖薄到1. 8_。
[0024] 6)、使用效果對(duì)比：、 將此65Mn材質(zhì)的金剛石鋼基體金屬結(jié)合劑磨頭5焊接在外直徑為390mm的砂輪體4 上，構(gòu)成外直徑為420mm的金剛石砂輪，再將此金剛石砂輪安裝在切割機(jī)上，作為磨削設(shè)備 用，此切割機(jī)的功率為2. 2W、轉(zhuǎn)速為2880轉(zhuǎn)/分鐘，磨削時(shí)，采用水冷卻，并采用杠桿自動(dòng) 加壓進(jìn)給磨削，加壓力矩為2. 48公斤-米，以每天6小時(shí)共5天30小時(shí)，磨削寬X厚為 80mmX 100mm的不銹鋼試塊，磨削槽深達(dá)92. 5mm、槽寬為5. 2mm，即磨去的體積為38. 48立方 厘米，此時(shí)此金剛石砂輪的外徑由420mm減少至418. 8mm，（即損耗體積為1. 3立方厘米)，此 時(shí)，此金剛石砂輪與不銹鋼的磨耗比為1:29,而用濃度100%其他金屬結(jié)合劑金剛石砂輪來 磨削不銹鋼是很難達(dá)到的，而且在磨削了 2- 3小時(shí)后，其他金屬結(jié)合劑金剛石砂輪因其粘 結(jié)劑原因使排屑受阻，要將砂輪經(jīng)過電火花修磨后才能使用，要連續(xù)磨削30小時(shí)是很難達(dá) 到的，說明鋼基體金屬結(jié)合劑金剛石砂輪的使用壽命長(zhǎng)，而且無污染、成本低，同時(shí)也說明 了 65Mn鋼基體1也參與了磨削。
【權(quán)利要求】
1. 一種超硬材料制品的鋼基體金屬結(jié)合劑，包括鋼基體和超硬材料，此鋼基體為65Mn 鋼、45#鋼或其他鋼種，按照超硬材料制品的設(shè)計(jì)來選定鋼種，此鋼基體用于切削、磨削或增 設(shè)耐磨層，此超硬材料主要為金剛石、CBN及其聚晶體和Wc，其特征是：先將所述的鋼基體 加熱到紅塑狀態(tài)即加熱溫度在700度一980度，然后用高速?zèng)_壓或軋制的方法將超硬材料 的顆粒如金剛石或CBN的顆粒擠壓到呈塑性狀態(tài)的鋼基體的表層中，在所述的鋼基體冷卻 后，依靠鋼基體材質(zhì)本身的收縮力，將擠壓入鋼基體的表層中的超硬材料的顆粒緊緊地包 夾住，使所述的鋼基體的表層形成超硬材料層，且此超硬材料層的厚度能通過多次即反復(fù) 加熱鋼基體和多次即反復(fù)擠壓超硬材料的顆粒來實(shí)現(xiàn)； 本超硬材料制品的鋼基體金屬結(jié)合劑的制造工藝流程如下： 1、 根椐超硬材料制品的設(shè)計(jì)要求，選擇鋼基體材質(zhì)并將此鋼基體加工成所需的形狀； 2、 根椐超硬材料制品的設(shè)計(jì)要求，選擇超硬材料的型號(hào)：即選擇超硬材料的抗壓強(qiáng)度， 且此超硬材料顆粒的形狀、粒徑均按照設(shè)計(jì)來選擇； 3、 選擇加熱設(shè)備及加熱方式：加熱設(shè)備為通用的高溫廂式爐、中頻感應(yīng)加熱和高頻感 應(yīng)加熱，采用通用的電阻加熱、燃?xì)鈬娚淙紵訜岬募訜岱绞剑? 4、 選擇沖壓或軋制設(shè)備：采用通用的固定臺(tái)式壓力機(jī)即沖床、液壓壓力機(jī)以及為超硬 材料制品專門設(shè)計(jì)的熱軋機(jī)； 5、 將選擇的超硬材料的顆粒粘結(jié)在用膠帶紙制作的傳送帶上，再將此膠帶紙粘結(jié)在 沖壓模具的上下模上或熱軋機(jī)的上下軋輥的表層上，或直接用膠水將選擇的超硬材料的顆 粒粘結(jié)在上下模上，且根椐超硬材料制品的設(shè)計(jì)需要，單向或雙向地粘結(jié)所選擇的超硬材 料的顆粒，即在上下模上或在上下軋輥的表層上單向或同時(shí)粘結(jié)此超硬材料的顆粒，此超 硬材料顆粒的排列密度由超硬材料制品的設(shè)計(jì)濃度所決定； 6、 加熱：利用所選擇的加熱設(shè)備及加熱方式，將所選擇的鋼基體加熱到紅塑狀態(tài)，即力口 熱至700度一980度，且此加熱溫度的控制采用通用的測(cè)溫儀如熱電偶、遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀來測(cè) 控； 7、 將加熱到紅塑狀態(tài)即達(dá)到加熱溫度700度一980度的鋼基體送進(jìn)所選擇的設(shè)備的 上下?；蛏舷萝堓佒g，進(jìn)行沖壓或軋制，使鋼基體塑性變形，并將所選擇的超硬材料 顆粒擠壓進(jìn)鋼基體的表層內(nèi)，此時(shí)，沖壓、乳制的鋼基體的溫度不能低于700度，否則所選 擇的超硬材料顆粒會(huì)破碎而擠壓不進(jìn)鋼基體的表層內(nèi)，同時(shí)，在沖壓時(shí)，必須保證鋼基體的 塑性變形量，此沖壓進(jìn)鋼基體表層內(nèi)的超硬材料顆粒的體積會(huì)使同體積的鋼基體材質(zhì)向四 周延伸，因此不能在封閉的上下沖模腔內(nèi)沖壓。
【文檔編號(hào)】C23C24/08GK104152892SQ201410403954
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】殷鳳高, 殷群威 申請(qǐng)人:馬鞍山市金鷹超硬材料有限公司