Ni_Cr合金钎焊金刚石砂轮机理的研究

Ni_Cr合金钎焊金刚石砂轮机理的研究

2001年7月

农业机械学报

第32卷第4期

3

合金钎焊金刚石砂轮机理的研究NiCr

姚正军　徐鸿钧　肖　冰　武志斌　邢　芳

　　【摘要】　利用扫描电镜X射线能谱,结合金相及试样逐层的X射线结构分析,剖析了NiCr合金与金刚石、钢基体钎焊界面的微区组织结构;揭示了NiCr合金对金刚石和钢基体表面的浸润和钎焊机理,即在钎焊过程中

NiCr合金中的Cr元素分离出,在金刚石界面形成富Cr层并与金刚石表面的C元素反应生成Cr7C3,在钢基体

结合界面上NiCr合金和钢基体中的元素相互扩散形成冶金结合,这是实现合金层与金刚石、钢基体都有较高结合强度的主要因素。

叙词:砂轮　单层　钎焊　金刚石中图分类号:TG74

文献标识码:A

ResearchonBrazingBehaviGrinding

lloy

XuHongjun　XiaoBing　WuZhibin(NingUniversityofAeronauticsandAstronautics)

XingFang

(YunchengAgricultureSchoolofMechanicalandElectricalEngineering)

Abstract

ThepresentstudyshowsthatacommerciallyavailableNiCralloycanbeusedasanactivefillermaterialforbrazingdiamondgrit.Furnacebrazingwascarriedoutinacurrentofargon.SEM

EDSmicroanalysesshowedthatduringbrazingthechromiumpresentinthealloy

segregatedpreferentiallytothesurfaceofthediamondtoformachromium2richreactionproduct.X2raydiffractionrevealedthatthewettingandbondingbehaviourondiamondsurfacebyNiCralloymeltwasrealizedthroughCr7C3,whichwasproducedbyinteractionbetweenCratomsofNiCralloyandCatomsofdiamondsurfaceatelevatedtemperatures.

Theanalysesalso

revealedthatthebondbetweenthealloyandthesteelsubstratewasestablishedthroughainterdiffusionofironandchromium.Finallyagrindingtestshowedthatthewearmodesofsuchabrazedgrindingwheelweremainlygritfractureandattritionratherthangritdislodgementfromthebond.

Keywords　Abrasivewheels,Monolayer,Brazing,Diamond

　　引言

目前国内使用的单层金刚石砂轮都是电镀制成的,由于镀层金属与基体、磨料的结合面上并不存在

牢固的冶金化学结合,砂轮容易因磨粒脱落或镀层成片剥落而导致整体失效,为增加把持力就必须增

加镀层厚度,其结果导致磨粒裸露高度和容屑空间减小,砂轮表面容易堵塞。高温钎焊可实现金刚石、

收稿日期:20001013

3国家自然科学基金资助项目(项目编号:59675057)

姚正军　南京航空航天大学材料科学与技术学院　副教授,210016　南京市徐鸿钧　南京航空航天大学机电学院　教授　博士生导师肖　冰　南京航空航天大学机电学院　博士　讲师武志斌　南京航空航天大学机电学院　博士　副教授

邢　芳　运城农业机电工程学校　讲师,044000　山西省运城市

Ni_Cr合金钎焊金刚石砂轮机理的研究

　第4期姚正军等:NiCr合金钎焊金刚石砂轮机理的研究97

结合剂(钎焊合金材料)和金属基体界面的化学冶金结合,具有较高的结合强度,磨粒的裸露高度可达70%～80%,因而钎焊砂轮锋利、容屑空间大,不易堵塞,磨料的利用更加充分。在与电镀砂轮相同条件下,磨削力、功率消耗、磨削温度更低[1,2]。因此,寻求钎焊金刚石合金材料和探索合金钎料对金刚石浸润和粘结机理,以实现金刚石与合金钎料之间有较好的化学冶金结合,增强金属基体对金刚石的把持力,这对我国新一代单层高温钎焊金刚石砂轮研制开发具有一定的指导意义。

刚石与NiCr合金材料之间的连接强度已超过了NiCr合金材料本身强度。唯一可以解释的就是两者之间已形成了化学冶金结合,而在填充材料中活性元素Cr是唯一可以与组成金刚石的C元素进行反应的元素。

1　实验条件及方法

金属基体为45号钢,金刚石颗粒40～50

目,钎料为自行研制的NiCr合金

。金刚石直接排布在NiCr合金上,用陶瓷块压住金刚石,在A辐射加热炉内进行钎焊。、

间和冷却速度。

:(JEOL)JSM6300型扫描电镜(SE)及美国KEVEX公司X射线能谱仪(EDS)对金刚石接头的断口和横截面进行形貌观察,对横截面进行定点成分分析和Ni、Cr、Si、Fe、C元素的线分布分析,用X射线衍射仪对金刚石与合金钎料结合界面的微区作结构分析。

NiCrSEM形貌　

图2　断口表面的SEM形貌

213　金刚石、NiCr合金结合区元素的扩散与分布

图3是对试样沿界面垂直方向切片磨制抛光后金刚石、45号钢基体界面SEM形貌NiCr合金、

照片,借助X射线能谱对金刚石与NiCr合金界面微区沿图3中直线方向进行定点成分分析。结果表明Ni、Cr元素都具有明显的偏析,其中靠近金刚石处Cr元素有较高的浓度分布,质量浓度达到了85%,远高于NiCr合金中的10%,而Ni元素的质量浓度仅为5128%,远低于NiCr合金中的72%,C元素质量浓度则约为10%。Cr元素从NiCr合金中分离出并在金刚石结合界面偏析形成富Cr层,是因为Cr与C有较强的亲和力,可形成稳定

2　实验结果与分析

211　合金钎料成分对连接强度的影响

由于金刚石具有特殊的晶体结构,与一般的金属或合金间有很高的界面能,使金刚石表面不易被熔化金属或合金所浸润,根据理论分析及文献报道,某些过渡族元素如Ti、Cr、W等在一定的条件下可与金刚石的碳元素在表面形成碳化物[3]。在本实验中分别选用NiCr合金和不含Cr的Ni基合金做钎料进行实验。结果发现前者实现了金刚石与钢基体的牢固连接,没有金刚石脱落现象(图1),结合剂层的厚度亦十分均匀。而后者未能实现金刚石与钢基体的牢固连接,大部分金刚石脱落。说明钎料中不含过渡族碳化物形成元素不可能形成高强度的连接。

212　金刚石、NiCr合金断口形貌

用NiCr合金钎焊大颗粒金刚石,钎焊后先用砂轮磨去金刚石四周NiCr合金,再沿界面加剪切应力,使试样分裂成两部分。观察金刚石与NiCr合金层之间断口处的扫描电镜照片,发现金刚石一侧断口处表面上大部分区域已被NiCr合金层金属覆盖,NiCr合金层一侧断口处则可以明显地看到存在塑性层状撕裂现象(图2)。这无疑表明金

的铬的碳化物。另外,合金中还含有B和Si,其作用是降低钎料熔点和提高钎料流动性和浸润性。

图3　界面区各元素的线扫描

Ni_Cr合金钎焊金刚石砂轮机理的研究

98农　业　机　械　学　报2001年　

金刚石与NiCr合金界面区沿图3中直线方向成分分布的线扫描照片表明,C、Cr两种元素在界面处的浓度梯度均呈现缓慢的过渡趋势,这说明两者之间跨过界面存在着明显的扩散现象,其扩散深度大约3Λm,并且Cr元素在金刚石的界面处的浓度明显提高,这一结果与X射线能谱定点分析结果一致。由此可以认为C与Cr元素之间完全可能形成碳化物。

214　NiCr合金、钢基体结合区元素扩散与分布

由图3NiCr合金与钢基体界面微区SEM形貌可以看出,界面结合完好,无缺陷。借助X射线能谱对接头区沿直线方向进行定点成分分析,结果表明NiCr合金与钢基体间存在明显的相互扩散,已形成冶金结合。

由图3中NiCr布的线扫描可以看到,Ni、Cr、Fe,,X射线能

谱定点分析结果一致由此可以认为NiCr合金与钢基体间形了冶金结合。215　界面生成物的结构分析

3　磨削实验研究

为检验钎焊砂轮是否具有传统电镀砂轮无法比拟的优异磨削性能,进行了磨削性能对比实验。磨床采用MMD7 …… 此处隐藏：3210字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……