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金刚石锯片的组织结构及锯切力学分析

朱永伟  
【摘要】:本文从影响金刚石锯片性能的若干因素(金刚石与胎体之间的结合强度、锯切过程中金刚石的受力及失效等问题)着手,比较深入地研究了金刚石与其表面镀钛层、钛与胎体的作用规律,揭示了镀钛金刚石的四层结构模型;借鉴复合材料的强度公式,提出了计算金刚石节块抗弯强度的公式;运用定量金相学的基本原理,提出了计算锯切弧区内参与切割过程的金刚石工作刃数量的数学模型;提出了锯片中金刚石参数的设计准则,比较详细地分析了锯片中金刚石失效的原因,主要工作包括: 1.通过镀钛金刚石的X-Ray衍射图谱,钛板与胎体之间扩散层的扫描电镜分析及各种金刚石的失重分析,研究了金刚石表面镀钛对金刚石锯片性能的影响。从理论上分析了金刚石表面镀钛工艺及随后的热压工艺,对金刚石表面钛层及其与胎体之间相互作用的影响,提出了镀钛金刚石的四层结构模型,借用复合材料的强度公式,定量地描述了金刚石节块的抗弯强度与金刚石添加量及表面处理之间的关系,在此基础上,比较了化学复合镀镍和铜与添加混合稀土对锯片性能的影响。 2.用正交试验,揭示了铁、WC、铝、混合稀土、镍含量、金刚石粒度以及烧结温度和保温时间等参数对金刚石节块三点弯曲强度和切割性能的影响规律,从中优化出了一些适合Cu-10Sn基胎体的配方和烧结工艺,通过扫描电镜对锯片节块表面形貌的分析,分析了锯片性能差异产生的根源,并找到了胎体硬度与锯片寿命之间的对应关系。 3.对锯切弧区内参与切割过程的金刚石切削刃数量进行了建模计算,得出了目前为止较为精确的工作刃数量的计算公式,为分析金刚石磨粒的真实受力提供了依据,从金刚石的静压强度角度出发,提出了锯片中金刚石三参数的设计准则,从锯片中金刚石的突出高度与磨粒的平均切入深度这一角度出发,系统地阐述了混装金刚石的工作原理,并分析了锯切工艺对砂浆浓度的影响。 4.用压电晶体测力仪和功率测量仪测量了金刚石锯片在锯切603#花岗岩时的受力及功率状况,从理论上探讨了F_x小于零所需的临界α角(或临界切深A_p)与锯切过程中摩擦系数的关系,并对金刚石磨粒的主要失效机制进行了分析。 5.通过不同胎体的硬度、密度及三点弯曲强度测试和X-Ray衍射相分析,研究了部分预合金化对胎体烧结致密的动力学过程及合金均匀化过程的影响规律,从扩散等理论出发,分析了部分预合金化的作用机制。 6.就福建603#花岗岩为例,提出了金刚石锯片的优化设计步骤及准则,优 中南大学博士学位论文 化设计后的锯片性能全面超过某商用锯片。


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