人造金剛石單晶體的問......



人造金剛石單晶體的問世，是金剛石作為工業(yè)磨料而普遍應(yīng)用成為現(xiàn)實。目前，在陶瓷、天然石材、硬質(zhì)合金等材料加工領(lǐng)域，在地質(zhì)探礦、工程水利勘察、石油勘探等工程施工領(lǐng)域，金剛石工具正以其優(yōu)異的使用性能被廣泛推廣，可以說，金剛石工具的應(yīng)用，帶動了相關(guān)行業(yè)技術(shù)水平的升級。由于金剛石自身性質(zhì)的原因，業(yè)界有一種共識：在鐵金屬加工中不優(yōu)先使用金剛石工具，在大加工量的切斷、修整等工序中，仍以樹脂薄片砂輪等工具為主，這類工具普遍存在加工效率低下、加工質(zhì)量差、安全性低等缺點，在面對耐磨鑄鐵、鑄件白口層的切斷修磨等作業(yè)時，這類工具更是無能為力。
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理論分析表明，金剛石存在加工鑄鐵的優(yōu)勢，優(yōu)選工具完全可以替代上述場合的普通磨具，能夠?qū)崿F(xiàn)理想的加工效果
[金剛石加工鑄鐵的原理與分析]
金剛石作為磨料不適于加工鐵金屬，是基于如下認(rèn)識：Fe、Co、Ni等Ⅷ族元素金屬在熔融狀態(tài)下是碳的溶劑，因此，加工過程中切削區(qū)的局部高溫將使構(gòu)成金剛石的碳原子溶入金屬晶格中，金剛石磨粒將因失去切削刃而無法繼續(xù)工作。同時，金剛石磨具對工件的加工是以工作面上密布的金剛石粒為微切削刃來切削的，這些切刃數(shù)量多、出刃低，在磨削強度高、韌性大、塑性大的金屬材料時，很容易因堵塞而無法使用。
鑄鐵雖然也是屬于鐵金屬材料，卻具有與普通鋼材不同的結(jié)構(gòu)特點。鑄鐵是含碳量＞2.11%的鐵碳合金，含碳量是鋼的2倍以上。除白口鑄鐵外，鑄鐵中的碳主要以游離石墨的形式存在，因此，鑄鐵組織可以認(rèn)為是在鋼組織的基體上分布著不同形狀、大小、數(shù)量的石墨。鑄鐵的這些特性給金剛石工具的應(yīng)用提供可能。
首先，高含碳量的基體組織、游離石墨使鑄鐵在被切削過程中，在金剛石切刃周圍產(chǎn)生高碳原子濃度氛圍，這種氛圍減緩了鐵金屬與金剛石刃間的親合、溶解過程，保護了金剛石切刃不受侵蝕；同時，基體組織中高含量的碳以硬脆的Fe3C形式存在，使基體的韌性和塑性指標(biāo)降低，更加適合金剛石刃的切削加工。
其次，鑄鐵中游離態(tài)石墨的存在使其加工性進一步提高：石墨作為一種軟質(zhì)非金屬成分，割裂了其鋼基體組織的連續(xù)性，縮小了承受載荷的有效截面積，并在石墨與鋼組織的連接處微觀上導(dǎo)致應(yīng)力集中，這些都降低了鑄鐵的強度、塑性指標(biāo)，使金剛石切刃切削產(chǎn)生的切屑易脆斷，并憑借石墨良好的潤滑作用迅速脫離切刃表面，減少鐵金屬與金剛石熱接觸時間，減小熱損傷，同時也避免切屑堵塞切刃間隙。另外，石墨在磨削面的脫落形成微小空隙，通過冷卻液的吸附、存儲可降低磨削區(qū)的溫度。
通過上述原理分析可以認(rèn)為，設(shè)計適當(dāng)?shù)慕饎偸ぞ邞?yīng)可以滿足鑄鐵的加工要求，象其他應(yīng)用領(lǐng)域一樣，金剛石工具將改變不如意的現(xiàn)狀。
[金剛石工具應(yīng)用實例]
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鑄鐵切斷、修整工序中，要求較高的磨除率，因此工具切刃所承受的切削力和吃刀量都很大，這就要求工具結(jié)合劑對金剛石磨料有很高的把持能力，并保持很高的出刃高度，這也是防止堵塞的要求。
根據(jù)上述分析，采用電鍍工藝制造的金剛石工具可以滿足：兼顧了高把持力與出刃高度，又可以通過單層大顆粒單晶排布消除了自銳問題。根據(jù)不同的作業(yè)場合，設(shè)計制造了不同的金剛石工具投入使用。
1、金剛石鋸片：應(yīng)用于鑄鐵件冒口、鑄鐵管、鑄鐵活塞環(huán)等的切斷、開槽作業(yè)
2、金剛石磨盤：
鑄件冒口、飛邊、毛刺等的修整是實現(xiàn)鑄件良好外觀質(zhì)量的重要工序。鑄件在這些待加工部位易形成白口，并易含有大量石英砂等填料，采用金剛石磨盤可高效完成鑄件清砂、去飛邊、去毛刺等作業(yè)。
3、金剛石鉆頭：應(yīng)用于鑄鐵管特殊場合的開孔作業(yè)，如給排水鑄鐵管道的搶修與改向分支等。
[結(jié)論]
1、金剛石可以作為鑄鐵材料加工的理想工業(yè)磨料
2、電鍍金剛石工具可以成為鑄鐵件切斷、修整及開孔作業(yè)的理想工具