一種高致密度聚晶金剛石拉絲模的微波燒結(jié)制作工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及拉絲模技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高致密度聚晶金剛石拉絲模的微波燒 結(jié)制作工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 在金屬壓力加工中，在外力的作用下使金屬強(qiáng)行通過模具，金屬橫截面積被壓縮， 并獲得所需要的橫截面積、形狀和尺寸的工具稱為拉絲模，它是一種使金屬絲由粗到細(xì)，逐 步達(dá)到人們所需要的尺寸的工具，由模套和模芯兩部分組成，在使用的過程中，由于拉拔的 作用，會使模具發(fā)生不同程度的損傷，質(zhì)量好的模具對于提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低企業(yè)的 成本是至關(guān)重要的，要想降低成本，獲得穩(wěn)定長時(shí)間的拉拔，精確地尺寸，較好的表面質(zhì)量， 沒有高質(zhì)量的拉絲模具是難以實(shí)現(xiàn)的。
[0003] 聚晶金剛石是用經(jīng)過認(rèn)真挑選的質(zhì)量優(yōu)良的人造金剛石單晶加上少量的硅、鈦等 結(jié)合劑，在高溫高壓的條件下聚合而成，以其高硬度、高耐磨性以及優(yōu)良的性價(jià)比等特點(diǎn)越 來越受到拉絲行業(yè)的青睞，成為拉絲行業(yè)應(yīng)用最廣泛的模芯材料，但是金剛石脆性較大，難 于加工，在制備模具以及模具的使用過程中會發(fā)生脆性爆裂，影響企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，拉絲模 在模芯表面會進(jìn)行鑲套保護(hù)模芯。拉絲模芯的鑲套是模具生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其 中鑲套的成分以及鑲套工藝是直接影響拉絲模成品質(zhì)量的重要因素。目前常用的金剛石拉 絲模鑲套方法有兩種：一種是熱鑲，一種是粉末鑲，其中以粉末鑲套最為突出，粉末鑲套的 燒結(jié)過程是鑲套制作工藝中的關(guān)鍵步驟，常用的燒結(jié)工藝包括無壓燒結(jié)、加壓燒結(jié)。
[0004] 微波燒結(jié)是一種利用微波加熱對材料進(jìn)行燒結(jié)的方法，是近年來廣泛開展的一種 燒結(jié)新技術(shù)。與常規(guī)燒結(jié)相比，微波燒結(jié)具有燒結(jié)溫度低、時(shí)間短、加熱均勻等特點(diǎn)，可以有 效抑制晶粒長大，細(xì)化顯微組織，有利于改善燒結(jié)體的性能，因此選擇合適的鑲套用金屬粉 末的成分，控制微波燒結(jié)工藝，能夠提高模芯的利用率，得的綜合性能好的模具，延長模具 的使用壽命，提高生產(chǎn)的效率，降低生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高致密度聚晶金剛石拉絲模 的微波燒結(jié)制作工藝，實(shí)現(xiàn)了模具的鑲套制作工藝的優(yōu)化，得到綜合性能好的模具，提高模 具制備過程中模芯的利用率，延長模具的使用壽命，增加模具的修復(fù)次數(shù)。
[0006] 本發(fā)明公開了一種高致密度聚晶金剛石拉絲模的微波燒結(jié)制作工藝，所述拉絲模 包括聚晶金剛石模芯、鑲套和具有內(nèi)腔的鋼套，鑲套包裹模芯并設(shè)于鋼套的內(nèi)腔中，鑲套由 頂部、底部和環(huán)繞模芯的周部組成，鑲套采用金屬粉末燒結(jié)而成；鑲套制作工藝包括如下步 驟：
[0007] S1、按質(zhì)量百分比將34-37wt%的鐵粉、20-25wt%的鎳粉、15-19wt%的銅粉、 8-10wt%的鋁粉、8-10wt%的鋅粉、l-2wt%的錫粉、l-2wt%的鎂粉、2-3wt%的銀粉、 l-2wt%的磷粉、2-3wt%的鋅-30wt%錯(cuò)中間合金粉混合均勻得到金屬粉，所述金屬粉的顆 粒度為160目左右；
[0008]S2、將鋼套放置在石墨模具中；稱取A單位S1中配制的金屬粉倒入鋼套中，震動石 墨模具使金屬粉均勻平整，將石墨壓柱插入石墨模具中壓住金屬粉，放入燒結(jié)機(jī)內(nèi)進(jìn)行冷 壓將金屬粉壓實(shí)形成鑲套底部；將聚晶金剛石模芯的其中一個(gè)端面粘接在鑲套底部上，聚 晶金剛石模芯與鋼套處于同一中心軸線上；稱取B單位S1中配制的金屬粉倒入鋼套中，使 金屬粉充滿聚晶金剛石模芯的周圍空間，震動石墨模具使金屬粉均勻平整，將石墨壓筒插 入石墨模具中壓住金屬粉，放入燒結(jié)機(jī)內(nèi)進(jìn)行冷壓將金屬粉壓實(shí)形成鑲套周部；
[0009]S3、稱取C單位S1中配制的金屬粉倒入鋼套中，震動石墨模具使金屬粉均勻平整， 將石墨壓柱插入石墨模具中壓住金屬粉，放入微波燒結(jié)機(jī)內(nèi)進(jìn)行微波燒結(jié)將金屬粉壓實(shí)形 成鑲套頂部；其中，微波燒結(jié)過程如下：以85%N2+15%H2為燒結(jié)氣氛，采用300-320W起始 輸入功率，待溫度升至380-400°C，將輸入功率調(diào)整為380-400W，待溫度升至450-480°C，將 輸入功率調(diào)整為300-320W，待溫度升至520-540°C，在520-540°C保溫60-80s;在微波燒結(jié) 過程中，鑲套底部、周部和頂部微波燒結(jié)形成一體鑲套，并且，鑲套、聚晶金剛石模芯和鋼套 微波燒結(jié)成一體形成聚晶金剛石拉絲模；
[0010]S4、降溫后取出得到高致密度聚晶金剛石拉絲模。
[0011] 優(yōu)選地，所述金屬粉按質(zhì)量百分比包括：35wt%的鐵粉、22wt%的鎳粉、16wt%的 銅粉、9wt%的錯(cuò)粉、9wt%的鋅粉、1. 5wt%的錫粉、1. 5wt%的鎂粉、2. 2wt%的銀粉、lwt% 磷粉、2. 8wt%的鋅-30wt%錯(cuò)中間合金粉。
[0012] 優(yōu)選地，在S3的微波燒結(jié)過程中，以85%N2+15%H2為燒結(jié)氣氛，采用305-315W起 始輸入功率，待溫度升至390-395°C，將輸入功率調(diào)整為385-395W，待溫度升至455-475°C， 將輸入功率調(diào)整為305-315W，待溫度升至522-535°C，在522-535°C保溫65-75s。
[0013] 優(yōu)選地，在S3的微波燒結(jié)過程中，以85%N2+15%H2為燒結(jié)氣氛，采用310W起始 輸入功率，待溫度升至393°C，將輸入功率調(diào)整為390W，待溫度升至460°C，將輸入功率調(diào)整 為310W，待溫度升至530°C，在530°C保溫72s。
[0014] 本發(fā)明中，通過采用新的鑲套用金屬粉配方和微波燒結(jié)工藝，提升了聚晶金剛石 拉絲模模套的綜合性能，提高模具制備過程中聚晶金剛石模芯的利用率，延長拉絲模具的 使用壽命，增加模具的修復(fù)次數(shù)。
[0015] 在本發(fā)明中，采用了新的鑲套用金屬粉配方，配方以鐵-鎳-銅系為基并添加了其 他元素組成。一方面，配方中提高了鋅的含量同時(shí)相應(yīng)的調(diào)整了鎳、錫的含量，在降低成本 的同時(shí)，易于形成金屬間化合物，使形成的鑲套與模芯和鋼套緊密貼合，在模具使用過程中 不易剝落；另一方面，減小了金屬粉的顆粒大小，金屬粉末粒度為160目左右，細(xì)化了晶粒， 增加了形成鑲套的致密度，延長模具的使用壽命。
[0016] 在本發(fā)明中，優(yōu)化了鑲套的工藝，采用了微波燒結(jié)的方法，一方面，微波燒結(jié)可以 通過降低活化能而降低燒結(jié)驅(qū)動力，使得材料相變點(diǎn)發(fā)生變化，從而降低了燒結(jié)溫度，縮 短了燒結(jié)時(shí)間，既可以節(jié)約能源，又由于燒結(jié)時(shí)間短，晶粒缺乏長大時(shí)間而獲得細(xì)小晶粒結(jié) 構(gòu)，從而獲得更加優(yōu)異的性能；另一方面，微波燒結(jié)過程中，由于內(nèi)部電場和能量密度在晶 粒間的氣孔區(qū)域被增強(qiáng)，從而促使局部迅速致密化，有助于消除殘余氣孔和缺陷，使材料整 體均勻致密；同時(shí)在燒結(jié)過程中，通過設(shè)定合理的起始輸入功率，使得材料燒結(jié)過程中，孕 育期合理，同時(shí)根據(jù)溫度的變化，調(diào)整輸入功率，一方面可以防止出現(xiàn)熱點(diǎn)和熱失控，另一 方面，可以調(diào)整升溫速率，從而調(diào)控?zé)Y(jié)過程。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明中聚晶金剛石拉絲模的鑲套制作工藝流程圖。
[0018] 圖2是本發(fā)明中聚晶金剛石拉絲模的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖3為本發(fā)明中進(jìn)行鑲套底部冷壓成型的工作狀態(tài)示意圖。
[0020] 圖4為本發(fā)明中進(jìn)行鑲套周部