人造金剛石單晶體的問(wèn)世，是金剛石作為工業(yè)磨料而普遍應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。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。

      理論分析表明，金剛石存在加工鑄鐵的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)選工具完全可以替代上述場(chǎng)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(shí)：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(guò)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(wú)法繼續(xù)工作。同時(shí)，金剛石磨具對(duì)工件的加工是以工作面上密布的金剛石粒為微切削刃來(lái)切削的，這些切刃數(shù)量多、出刃低，在磨削強(qiáng)度高、韌性大、塑性大的金屬材料時(shí)，很容易因堵塞而無(wú)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(diǎn)。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(guò)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(guò)程，保護(hù)了金剛石切刃不受侵蝕；同時(shí)，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(jìn)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(qiáng)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(rùn)滑作用迅速脫離切刃表面，減少鐵金屬與金剛石熱接觸時(shí)間，減小熱損傷，同時(shí)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(guò)冷卻液的吸附、存儲(chǔ)可降低磨削區(qū)的溫度。

      通過(guò)上述原理分析可以認(rèn)為，設(shè)計(jì)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(shí)例分析

      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(duì)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(guò)單層大顆粒單晶排布消除了自銳問(wèn)題。根據(jù)不同的作業(yè)場(chǎng)合，設(shè)計(jì)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(kāi)槽作業(yè)。

      2、金剛石磨盤(pán)：鑄件冒口、飛邊、毛刺等的修整是實(shí)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(pán)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(chǎng)合的開(kāi)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(kāi)孔作業(yè)的理想工具。

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