金剛石工具材料是采用粉末冶金方法將細小顆粒金剛石與金屬粉末熱壓燒結而成的復合材料燒結體，分布在胎體中的金剛石由金屬基體粘結而固定。當表層金剛石在磨削過程中逐漸磨(mo)耗的同時，內層金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)不斷露出，包(bao)(bao)鑲(xiang)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)的胎(tai)體(ti)材料(liao)既(ji)要牢固地(di)粘結金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi),又要與被(bei)加(jia)工體(ti)協調磨(mo)損，以(yi)保證金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)顆粒(li)(li)的不斷出刃和(he)充分利用，從而保證金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)工具高(gao)的切削速度(du)和(he)質量(liang)，這就要求包(bao)(bao)鑲(xiang)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)胎(tai)體(ti)材料(liao)的包(bao)(bao)鑲(xiang)力(li)和(he)致(zhi)密性都(dou)比較好。所以(yi)包(bao)(bao)鑲(xiang)金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)顆粒(li)(li)的胎(tai)體(ti)材料(liao)就成為影(ying)響金(jin)(jin)剛(gang)石(shi)(shi)工具性能的關鍵因素之一。

       刀頭胎體的作用就是牢固把持金剛石，有效且充分地發揮金剛石的切削效果。在金剛石鋸片研究與生產(chan)中(zhong)選擇刀頭(tou)胎體(ti)重點需要考(kao)慮的有：

     ;  （１）胎體對金剛石的(de)把持能力(li)；

       （２）對特定加(jia)工對象，胎體與金剛石的磨(mo)損匹配性；

       （３）合適的制造工藝條件；

       （４）合理的成本。

       胎體對金剛石的把持力有機械結合力和化學結合力兩種。

       機械結(jie)合力(li)產生于(yu)胎(tai)體對金(jin)剛石(shi)的鑲(xiang)嵌作用，它主要由胎(tai)體彈性(xing)模量(liang)所決定。提高材料彈性(xing)模量(liang)的元素如Cr、Mn、W或WC硬(ying)質相(xiang)，均能提高胎(tai)體對金(jin)剛石(shi)的把持(chi)力(li),同時也會(hui)增加胎(tai)體耐磨(mo)性(xing)。然(ran)而，胎(tai)體耐磨(mo)性(xing)過分(fen)提高又不利于(yu)金(jin)剛石(shi)出刃。另外(wai)，燒結(jie)冷卻中胎(tai)體的不均勻收縮會(hui)對金(jin)剛石(shi)形成應力(li)纏(chan)繞，加強對金(jin)剛石(shi)的鑲(xiang)嵌作用，提高把持(chi)力(li)。有的工(gong)藝(yi)熱壓(ya)后強制冷卻刀(dao)頭就是(shi)這個道(dao)理。

       化(hua)(hua)(hua)學(xue)結合(he)(he)力(li)是(shi)由金(jin)剛(gang)石(shi)與胎體“焊接”聯結或化(hua)(hua)(hua)學(xue)鍵形成(cheng)的(de)。它不僅能提高(gao)刀(dao)頭(tou)(tou)壽命(ming)，而且能使刀(dao)頭(tou)(tou)表(biao)面(mian)金(jin)剛(gang)石(shi)突出胎體高(gao)度增加(jia)(jia)，形成(cheng)較大的(de)容(rong)(rong)屑空間(jian)，提高(gao)切削效率(lv)。提高(gao)化(hua)(hua)(hua)學(xue)把(ba)持力(li)就(jiu)是(shi)要增加(jia)(jia)胎體對金(jin)剛(gang)石(shi)的(de)潤(run)濕性和鍵合(he)(he)性。強碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)形成(cheng)元素Ti、Cr等能誘導胎體潤(run)濕金(jin)剛(gang)石(shi)，并能與金(jin)剛(gang)石(shi)鍵合(he)(he)形成(cheng)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)，增加(jia)(jia)結合(he)(he)力(li)。但這些元素也(ye)浸蝕金(jin)剛(gang)石(shi)，如形成(cheng)的(de)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)較粗大容(rong)(rong)易產生(sheng)裂紋或空隙，惡化(hua)(hua)(hua)切削性能。研(yan)究表(biao)明，強碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)元素的(de)最佳添(tian)加(jia)(jia)量應(ying)低于(yu)0.1at%。對金(jin)剛(gang)石(shi)表(biao)面(mian)鍍覆有利于(yu)提高(gao)化(hua)(hua)(hua)學(xue)把(ba)持力(li)，但應(ying)注(zhu)意與相應(ying)工藝的(de)配合(he)(he)，解決控制好(hao)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)的(de)形成(cheng)和界面(mian)的(de)相互協調(diao)。否(fou)則金(jin)剛(gang)石(shi)表(biao)面(mian)金(jin)屬化(hua)(hua)(hua)難以發揮(hui)作用。

       胎(tai)(tai)體(ti)在牢固把持金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)充分發揮切削效能的(de)(de)(de)(de)前提(ti)下(xia)，還要(yao)(yao)(yao)(yao)(yao)與(yu)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)協調(diao)(diao)(diao)一(yi)致(zhi)磨(mo)(mo)(mo)損以形成新的(de)(de)(de)(de)切削刃(ren)，保證切削的(de)(de)(de)(de)不(bu)斷進行。提(ti)高(gao)(gao)胎(tai)(tai)體(ti)機械(xie)把持力的(de)(de)(de)(de)許多(duo)因(yin)素都制(zhi)約(yue)協調(diao)(diao)(diao)磨(mo)(mo)(mo)損。金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)、胎(tai)(tai)體(ti)、加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)對(dui)象三者協調(diao)(diao)(diao)，這(zhe)是(shi)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)刀頭制(zhi)造最(zui)難掌握和(he)(he)控制(zhi)的(de)(de)(de)(de)，也(ye)是(shi)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)鋸(ju)片胎(tai)(tai)體(ti)一(yi)個最(zui)特(te)殊的(de)(de)(de)(de)屬性(xing)(xing)。它與(yu)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)對(dui)象的(de)(de)(de)(de)耐磨(mo)(mo)(mo)性(xing)(xing)，所用(yong)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)品(pin)級、加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)方(fang)法等(deng)有(you)關(guan)。下(xia)表是(shi)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)石(shi)(shi)材(cai)時三者的(de)(de)(de)(de)相(xiang)互(hu)關(guan)系。當石(shi)(shi)材(cai)的(de)(de)(de)(de)硬度(du)(du)(du)越(yue)(yue)(yue)高(gao)(gao)和(he)(he)密度(du)(du)(du)越(yue)(yue)(yue)大(da)，所選(xuan)用(yong)的(de)(de)(de)(de)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)強度(du)(du)(du)就(jiu)要(yao)(yao)(yao)(yao)(yao)越(yue)(yue)(yue)高(gao)(gao)、粒度(du)(du)(du)越(yue)(yue)(yue)細、濃度(du)(du)(du)越(yue)(yue)(yue)低，而胎(tai)(tai)體(ti)的(de)(de)(de)(de)硬度(du)(du)(du)就(jiu)要(yao)(yao)(yao)(yao)(yao)相(xiang)應(ying)減低，耐磨(mo)(mo)(mo)性(xing)(xing)減小；當石(shi)(shi)材(cai)的(de)(de)(de)(de)耐磨(mo)(mo)(mo)性(xing)(xing)高(gao)(gao)時，所選(xuan)用(yong)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)強度(du)(du)(du)要(yao)(yao)(yao)(yao)(yao)高(gao)(gao)、粒度(du)(du)(du)要(yao)(yao)(yao)(yao)(yao)粗(cu)、濃度(du)(du)(du)要(yao)(yao)(yao)(yao)(yao)高(gao)(gao)，相(xiang)應(ying)胎(tai)(tai)體(ti)的(de)(de)(de)(de)耐磨(mo)(mo)(mo)性(xing)(xing)和(he)(he)硬度(du)(du)(du)都要(yao)(yao)(yao)(yao)(yao)高(gao)(gao)；反(fan)之亦然。其它許多(duo)因(yin)素也(ye)會影響它們之間的(de)(de)(de)(de)關(guan)系。如(ru)隨著鋸(ju)片直徑增大(da)，鋸(ju)切力增加(jia)，需要(yao)(yao)(yao)(yao)(yao)較(jiao)高(gao)(gao)品(pin)級的(de)(de)(de)(de)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石(shi)(shi)，胎(tai)(tai)體(ti)的(de)(de)(de)(de)耐磨(mo)(mo)(mo)性(xing)(xing)也(ye)要(yao)(yao)(yao)(yao)(yao)相(xiang)應(ying)的(de)(de)(de)(de)提(ti)高(gao)(gao)。

金剛石、胎(tai)體、加工對象之間搭配關系(xi)

       在實際研究或試驗中可依據以下兩條原則，通過觀察刀頭表面的磨損判定胎體的適應性：（1）金剛石大部分被磨鈍，則應降低胎體的耐磨性；（2）金剛石大部分脫落且脫落凹坑較淺，應增加胎體的耐磨性，如凹坑較深，說明胎體把持能力差，應著重改善它的化學結合力。

       以上說明胎體配方的確定首先應滿足胎體的耐磨性必須與金剛石以及被加工材料的研磨能力相匹配，以保證金剛石鋸片的胎體在切割過程中既能使金剛石充分出露，又不會因露出太高而導致過早脫落。“太軟”的胎體的磨損速度大于金剛石，通常會引起金剛石的過早脫落。與此相反，耐磨性過高的胎體由于其磨損速度小，當金剛石磨損脫落后將導致金剛石不能充分出刃，最終導致金剛石被磨平拋光而失(shi)去工(gong)作能力。而胎(tai)體(ti)的耐磨(mo)性是由胎(tai)體(ti)配方中的各組成元素和胎(tai)體(ti)粉(fen)末的燒結工(gong)藝確定的。

△油田專用青銅燒結鋸片

       常用的(de)(de)(de)(de)刀(dao)頭胎(tai)(tai)體有(you)鈷(gu)基(ji)、鐵(tie)(tie)基(ji)和(he)銅基(ji)。鈷(gu)由(you)于它對(dui)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)具(ju)有(you)好的(de)(de)(de)(de)潤(run)濕性(xing)、高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)彈性(xing)模(mo)(mo)量和(he)高(gao)(gao)溫強(qiang)度(du)，燒結溫度(du)又適(shi)中，容易(yi)滿足胎(tai)(tai)體對(dui)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)把(ba)持力(li)和(he)對(dui)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)換層(ceng)協(xie)調磨損(sun)的(de)(de)(de)(de)要求(qiu)。在金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)工(gong)(gong)具(ju)制造中，尤其是刀(dao)頭要求(qiu)重負荷高(gao)(gao)效(xiao)率切(qie)削時，具(ju)有(you)不(bu)(bu)可取(qu)代的(de)(de)(de)(de)地位。但(dan)其價(jia)格相對(dui)較(jiao)(jiao)高(gao)(gao)；銅或(huo)青銅基(ji)胎(tai)(tai)體成本(ben)低(di)，工(gong)(gong)藝(yi)性(xing)能(neng)好，但(dan)它不(bu)(bu)潤(run)濕金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)，自身強(qiang)度(du)又低(di)，對(dui)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)把(ba)持能(neng)力(li)較(jiao)(jiao)差，只適(shi)合軟質材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)輕負荷或(huo)做磨削工(gong)(gong)具(ju)。鐵(tie)(tie)彈性(xing)模(mo)(mo)量中等，對(dui)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)有(you)較(jiao)(jiao)好的(de)(de)(de)(de)潤(run)濕性(xing)，加之低(di)廉的(de)(de)(de)(de)價(jia)格，是胎(tai)(tai)體材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)較(jiao)(jiao)佳選擇。鐵(tie)(tie)基(ji)胎(tai)(tai)體在加工(gong)(gong)高(gao)(gao)耐磨性(xing)的(de)(de)(de)(de)材(cai)料(liao)時表現出(chu)優異的(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng)，但(dan)鐵(tie)(tie)容易(yi)對(dui)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)產(chan)生過(guo)度(du)浸蝕，損(sun)害(hai)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)，且其高(gao)(gao)溫性(xing)能(neng)差，使得鐵(tie)(tie)基(ji)胎(tai)(tai)體與金(jin)(jin)(jin)(jin)剛(gang)(gang)石(shi)(shi)、加工(gong)(gong)對(dui)象(xiang)的(de)(de)(de)(de)適(shi)應范圍變(bian)窄。

       所以，如何選(xuan)擇金屬胎體(ti)成分，要綜合研判(pan)，合理選(xuan)擇。

       參(can)考(kao)資料(liao)：《金屬基金剛石(shi)復合材料(liao)的粉末(mo)冶金燒結(jie)工藝》 劉曉慧