WC对金刚石钻头镍基钎料胎体性能的影响
章文姣1，杨凯华2，段隆臣2
【摘 要】在Ni-Cr-B-Si基钎料中添加WC，添加量(质量分数)不超过30%。对胎体材料的硬度、抗弯强度和耐磨性进行测定，用扫描电镜观察胎体的表面形貌，并对不同区域进行能谱分析。结果表明，随w(WC)增加，胎体材料的硬度和耐磨性先增大后减小，在w(WC)为20%时，硬度达到最大值(123.8 HRB)，耐磨性最好，磨损量为0.221 g。抗弯强度随w(WC)增加先缓慢下降，w(WC)超过20%后急剧下降。抗弯强度在1 080～1 220MPa之间，完全满足钻头对胎体抗弯强度的要求(抗弯强度值≥700MPa)。胎体中WC颗粒由原始尺寸45～50 μm减小到5 μm以下，含WC的胎体材料出现较多的孔洞，钎焊层致密性下降。能谱分析表明，胎体材料中W元素与C元素没有同时出现，由此推断WC发生了相的转变；黑色区域为Ni、Fe、O的富集区，生成Ni与Fe的氧化物。
【期刊名称】粉末冶金材料科学与工程 【年(卷),期】2011(016)006 【总页数】5
【关键词】WC；Ni-Cr-B-Si；胎体性能；金刚石钻头
【文献来源】https://www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-cn_materials-science-engineering-powder-metallurgy_thesis/0201219592017.html
胎体的硬度与耐磨性对金刚石钻头的性能有着重要的影响，它关系到胎体对金刚石的包镶牢固程度与金刚石能否及时出刃。碳化钨(WC)的硬度高、耐磨性好，热膨胀系数小，对多种金属的润湿性好并且具有一定的塑性，广泛应用于冶金、
采矿、石油化工、汽车等领域，例如传统热压地质钻头胎体中往往含有30%以上(质量分数)的WC。WC与Ni基合金具有良好的润湿性，WC往往用作Ni基合金的增强体。钎焊法作为金刚石工具制造的1种新方法，钎料包裹金刚石能力非常好，金刚石出刃高，工具寿命长。目前，采用钎焊法制备单层钎焊金刚石工具已较为成熟，科研人员正大力开展钎焊法制备多层钎焊金刚石工具的研究。单层钎焊金刚石工具中的钎料主要有Ag-Cu-Ti基、Cu-Sn-Ti基和Ni-Cr-B-Si基，在这些钎料的基础上添加一些其他元素，如 Al、Mn、Fe等[1]可以降低胎体的烧结温度、提高胎体的抗氧化能力、增强胎体韧性以及降低成本等，但这些钎料烧结后的胎体硬度和耐磨性较低，不能满足地质钻头对胎体性能的要求。在钎料中添加WC可以提高工具的耐磨性，国内外有关真空熔覆镍基碳化钨复合涂层的研究主要集中在涂层的显微结构、结合强度、耐磨和抗蚀性以及疲劳强度等方面[2-5]。本文借鉴以往热压钻头制作中添加WC以增强胎体硬度和耐磨性的经验[6]，以及真空熔覆碳化钨复合涂层性能优良的机理研究，将WC添加到制作钎焊孕镶金刚石钻头的胎体材料中，研究 WC对镍基合金胎体材料的硬度、抗弯强度和耐磨性的影响，以及碳化钨的相结构变化。
1 实验
1.1 试样制备
试验用基体材料为 45#钢，用于抗弯强度试验的基体尺寸为40mm×10mm×2.22mm，用于磨损试验的基体尺寸为12mm×8.5mm×8.5mm。Ni-Cr-B-Si合金钎料的粒度为75～88μm，WC的粒度为45～50 μm。
将Ni-Cr-B-Si合金钎料与WC混合，WC的添加量(质量分数)分别为10%，
15%，20%，25%和30%。将混合粉末涂覆并喷洒在基体上，放入真空炉中烧结，烧结温度为1 010℃，保温10min。烧结后胎体厚度＞1.2mm。试验对比样品为不加 WC粉末的NiCrBSi合金胎体，制作工艺与添加WC粉末的样品一样，每组配方制备3个样品。 1.2 性能检测 1.2.1 胎体硬度
胎体的硬度用HR-150A型洛氏硬度计进行测定。根据胎块硬度的经验值，选择测量胎块的 HRB值。测试前将样品钎焊层面进行磨光处理，由于胎体较耐磨，选用精细砂轮进行磨光。测试时，每个样品的钎焊层面上各测量4个点，3个样品共测量12点，取平均值作为该配方胎块的硬度值。 1.2.2 胎体抗弯强度
采用三点弯曲法，在自制手摇式抗弯强度测试仪上测定胎体的抗弯强度，加载速度10～20mm/min，2支点间的距离L为36mm，如图1所示，按式(1)计算胎体的抗弯强度：
式中：δbb为抗弯强度，N/mm2(MPa)；P为试样断裂时的载荷，N；L为两支点间距，mm；b为试样的宽度，mm；h 为试样的高度，mm。 1.2.3 胎体耐磨性
胎体磨损试验在 MPX～2000型盘销式摩擦磨损试验机(宜化试验机厂生产)上进行。对磨件为60#碳化硅砂轮，测试时：加载=200 N，转速=549 r/min，水冷，试验时间为 5min。试样磨损前后均经清洗、冷风吹干、100℃烘箱中烘30min，用精度为0.001 g的分析天平称量其质量。磨损前后的质量之差即为胎体的质量磨损量。以每种配方的3个样品的平均值作为该配方样品的质量磨
WC对金刚石钻头镍基钎料胎体性能的影响
