金剛石工具材料是采用粉末冶金方法將細(xì)小顆粒金剛石與金屬粉末熱壓燒結(jié)而成的復(fù)合材料燒結(jié)體，分布在胎體中的金剛石由金屬基體粘結(jié)而固定。當(dāng)表層金剛石在磨削過程中逐漸磨耗的同時(shí)，內(nèi)層金剛石不斷露出，包鑲金剛石的胎體材料既要牢固地粘結(jié)金剛石,又要與被加工體協(xié)調(diào)磨損，以保證金剛石顆粒的不斷出刃和充分利用，從而保證金剛石工具高的切削速度和質(zhì)量，這就要求包鑲金剛石胎體材料的包鑲力和致密性都比較好。所以包鑲金剛石顆粒的胎體材料就成為影響金剛石工具性能的關(guān)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(fā)揮金剛石的切削效果。在金剛石鋸片研究與生產(chǎn)中選擇刀頭胎體重點(diǎn)需要考慮的有：

       （１）胎體對(duì)金剛石的把持能力；

       （２）對(duì)特定加工對(duì)象，胎體與金剛石的磨損匹配性；

       （３）合適的制造工藝條件；

       （４）合理的成本。

       胎體對(duì)金剛石的把持力有機(jī)械結(jié)合力和化學(xué)結(jié)合力兩種。

       機(jī)械結(jié)合力產(chǎn)生于胎體對(duì)金剛石的鑲嵌作用，它主要由胎體彈性模量所決定。提高材料彈性模量的元素如Cr、Mn、W或WC硬質(zhì)相，均能提高胎體對(duì)金剛石的把持力,同時(shí)也會(huì)增加胎體耐磨性。然而，胎體耐磨性過分提高又不利于金剛石出刃。另外，燒結(jié)冷卻中胎體的不均勻收縮會(huì)對(duì)金剛石形成應(yīng)力纏繞，加強(qiáng)對(duì)金剛石的鑲嵌作用，提高把持力。有的工藝熱壓后強(qiáng)制冷卻刀頭就是這個(gè)道理。

       化學(xué)結(jié)合力是由金剛石與胎體“焊接”聯(lián)結(jié)或化學(xué)鍵形成的。它不僅能提高刀頭壽命，而且能使刀頭表面金剛石突出胎體高度增加，形成較大的容屑空間，提高切削效率。提高化學(xué)把持力就是要增加胎體對(duì)金剛石的潤濕性和鍵合性。強(qiáng)碳化物形成元素Ti、Cr等能誘導(dǎo)胎體潤濕金剛石，并能與金剛石鍵合形成碳化物，增加結(jié)合力。但這些元素也浸蝕金剛石，如形成的碳化物較粗大容易產(chǎn)生裂紋或空隙，惡化切削性能。研究表明，強(qiáng)碳化物元素的最佳添加量應(yīng)低于0.1at%。對(duì)金剛石表面鍍覆有利于提高化學(xué)把持力，但應(yīng)注意與相應(yīng)工藝的配合，解決控制好碳化物的形成和界面的相互協(xié)調(diào)。否則金剛石表面金屬化難以發(fā)揮作用。

       胎體在牢固把持金剛石充分發(fā)揮切削效能的前提下，還要與金剛石協(xié)調(diào)一致磨損以形成新的切削刃，保證切削的不斷進(jìn)行。提高胎體機(jī)械把持力的許多因素都制約協(xié)調(diào)磨損。金剛石、胎體、加工對(duì)象三者協(xié)調(diào)，這是金剛石刀頭制造最難掌握和控制的，也是金剛石鋸片胎體一個(gè)最特殊的屬性。它與加工對(duì)象的耐磨性，所用金剛石的品級(jí)、加工方法等有關(guān)。下表是加工石材時(shí)三者的相互關(guān)系。當(dāng)石材的硬度越高和密度越大，所選用的金剛石的強(qiáng)度就要越高、粒度越細(xì)、濃度越低，而胎體的硬度就要相應(yīng)減低，耐磨性減小；當(dāng)石材的耐磨性高時(shí)，所選用金剛石的強(qiáng)度要高、粒度要粗、濃度要高，相應(yīng)胎體的耐磨性和硬度都要高；反之亦然。其它許多因素也會(huì)影響它們之間的關(guān)系。如隨著鋸片直徑增大，鋸切力增加，需要較高品級(jí)的金剛石，胎體的耐磨性也要相應(yīng)的提高。

金剛石、胎體、加工對(duì)象之間搭配關(guān)系

       在實(shí)際研究或試驗(yàn)中可依據(jù)以下兩條原則，通過觀察刀頭表面的磨損判定胎體的適應(yīng)性：（1）金剛石大部分被磨鈍，則應(yīng)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(yīng)增加胎體的耐磨性，如凹坑較深，說明胎體把持能力差，應(yīng)著重改善它的化學(xué)結(jié)合力。

       以上說明胎體配方的確定首先應(yīng)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(huì)因露出太高而導(dǎo)致過早脫落?！疤洝钡奶ンw的磨損速度大于金剛石，通常會(huì)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(dāng)金剛石磨損脫落后將導(dǎo)致金剛石不能充分出刃，最終導(dǎo)致金剛石被磨平拋光而失去工作能力。而胎體的耐磨性是由胎體配方中的各組成元素和胎體粉末的燒結(jié)工藝確定的。

△油田專用青銅燒結(jié)鋸片

       常用的刀頭胎體有鈷基、鐵基和銅基。鈷由于它對(duì)金剛石具有好的潤濕性、高的彈性模量和高溫強(qiáng)度，燒結(jié)溫度又適中，容易滿足胎體對(duì)金剛石把持力和對(duì)金剛石換層協(xié)調(diào)磨損的要求。在金剛石工具制造中，尤其是刀頭要求重負(fù)荷高效率切削時(shí)，具有不可取代的地位。但其價(jià)格相對(duì)較高；銅或青銅基胎體成本低，工藝性能好，但它不潤濕金剛石，自身強(qiáng)度又低，對(duì)金剛石的把持能力較差，只適合軟質(zhì)材料的輕負(fù)荷或做磨削工具。鐵彈性模量中等，對(duì)金剛石有較好的潤濕性，加之低廉的價(jià)格，是胎體材料的較佳選擇。鐵基胎體在加工高耐磨性的材料時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，但鐵容易對(duì)金剛石產(chǎn)生過度浸蝕，損害金剛石的強(qiáng)度，且其高溫性能差，使得鐵基胎體與金剛石、加工對(duì)象的適應(yīng)范圍變窄。

       所以，如何選擇金屬胎體成分，要綜合研判，合理選擇。

       參考資料：《金屬基金剛石復(fù)合材料的粉末冶金燒結(jié)工藝》 劉曉慧