擴(kuò)孔器生產(chǎn)工藝改進(jìn)過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題及解決措施

韓菲，馮琳，趙俊彩，李曉磊

(1. 中國(guó)地質(zhì)裝備集團(tuán)有限公司，北京　100102；2. 無(wú)錫鉆探工具廠有限公司，江蘇 無(wú)錫　214174)

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擴(kuò)孔器生產(chǎn)工藝改進(jìn)過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題及解決措施

韓菲1，馮琳1，趙俊彩2，李曉磊2

(1. 中國(guó)地質(zhì)裝備集團(tuán)有限公司，北京100102；2. 無(wú)錫鉆探工具廠有限公司，江蘇 無(wú)錫214174)

摘要：使用中頻爐采用無(wú)壓浸漬法燒結(jié)擴(kuò)孔器，解決了生產(chǎn)中馬弗爐燒結(jié)擴(kuò)孔器的弊端，并通過(guò)不斷的摸索，采取各種措施解決了工藝改進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，取得了良好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞:擴(kuò)孔器；中頻爐；無(wú)壓浸漬；工藝；質(zhì)量

0前言

無(wú)壓浸漬法生產(chǎn)擴(kuò)孔器，是粉末冶金工藝生產(chǎn)擴(kuò)孔器的一種方法。將定量具有一定粒度配比的骨架粉末裝入已粘好聚晶的擴(kuò)孔器組合模具中，進(jìn)行敲振，使骨架粉料達(dá)到一定的振實(shí)密度，再加入一定量的粘結(jié)金屬，不施加壓力，靠毛細(xì)管的作用使粘結(jié)金屬浸入到骨架粉末中，形成一種環(huán)狀的具有良好機(jī)械性能的假相合金(胎體)，同時(shí)粘結(jié)金屬、骨架粉料與鋼體成為一體的方法。

1馬弗爐燒結(jié)存在的問(wèn)題

我們生產(chǎn)中一直延用的燒結(jié)方式為馬弗爐燒結(jié)，但是生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)了馬弗爐燒結(jié)的一些問(wèn)題亟待解決。首先，馬弗爐的爐膛溫度不均勻，爐門和熱電偶附近溫差較大，容易出現(xiàn)放置在熱電偶附近的擴(kuò)孔器燒結(jié)正常，而爐門附近擴(kuò)孔器存在陰陽(yáng)臉、欠燒的現(xiàn)象；其次，由于爐內(nèi)溫度的不均勻性，為保證生產(chǎn)質(zhì)量，爐膛內(nèi)不可放置過(guò)多的擴(kuò)孔器同時(shí)燒結(jié)，極大的降低了生產(chǎn)效率，造成生產(chǎn)成本的上升；第三，馬弗爐升溫的時(shí)間較長(zhǎng)，從室溫升至擴(kuò)孔器的燒結(jié)溫度，一般需要2~3個(gè)小時(shí)，擴(kuò)孔器出爐馬弗爐降溫迅速，再放入下一爐產(chǎn)品又需要很長(zhǎng)的升溫時(shí)間，生產(chǎn)效率低下；第四，我們使用的粘結(jié)金屬為鋅白銅，鋅白銅內(nèi)的鋅容易出現(xiàn)蒸發(fā)現(xiàn)象，鋅汽化后蒸發(fā)形成的氣體封閉在馬弗爐內(nèi)冷凝后侵蝕爐子的頂部及底部耐火磚，每年馬弗爐需要定期進(jìn)行修繕；第五，使用馬弗爐燒結(jié)，需使用成套的石墨模具(型模及底模)以保護(hù)鋼體，石墨模具的成本較高；第六，我們現(xiàn)用的馬弗爐，爐內(nèi)空間是封閉的，不能直觀的觀測(cè)到粘結(jié)金屬的融化情況。

因此，我們嘗試改用燒結(jié)鉆頭用的中頻爐來(lái)燒結(jié)擴(kuò)孔器，遇到一些問(wèn)題并采取措施來(lái)解決。

2中頻爐燒結(jié)工藝改進(jìn)中遇到的問(wèn)題

2.1型模、襯套炸裂

在中頻燒結(jié)升溫過(guò)程中，出現(xiàn)型模及襯套炸裂的情況，此時(shí)如果繼續(xù)燒結(jié)，粘結(jié)金屬會(huì)迅速流走，造成擴(kuò)孔器燒結(jié)失敗。

中頻燒結(jié)發(fā)生炸模的原因是：

(1)延用馬弗爐燒結(jié)的型模模具設(shè)計(jì)，型模的厚度偏薄，中頻爐的升溫速率快，由于鋼體的熱膨脹系數(shù)大于石墨，在升溫過(guò)程中，鋼體的變形大，石墨膨脹小，同樣的型模厚度在使用中頻燒結(jié)時(shí)不足以抵御鋼體及骨架粉料升溫速度較快時(shí)較高的徑向力。

(2)型模和襯套的公差配合不合理，若型模和襯套的間隙過(guò)大，型模對(duì)襯套沒(méi)有徑向力的作用，使用中頻升溫速度相對(duì)較快，會(huì)發(fā)生炸模。

(3)延用馬弗爐燒結(jié)的鋼體尺寸，襯套和鋼體的間隙過(guò)小，鋼體膨脹快造成炸模，同時(shí)試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)擴(kuò)孔器鋼基體外圈的骨架粉料層也不可過(guò)厚，過(guò)厚同樣容易造成炸模現(xiàn)象。

(4)待燒結(jié)擴(kuò)孔器鋼體的內(nèi)徑未加工，擴(kuò)孔器鋼體內(nèi)徑越小，厚度越厚，鋼體熱膨脹越大，容易炸模。

(5)擴(kuò)孔器組裝過(guò)程中敲擊時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、力度過(guò)大，造成骨架粉料的振實(shí)密度過(guò)大，更容易脹裂模具。

解決措施：增加型模厚度；定期篩查模具尺寸，設(shè)計(jì)合理的模具及鋼體尺寸；使用振篩機(jī)，獲得統(tǒng)一的組裝效果；控制燒結(jié)工藝的升溫速度。

2.2模具的設(shè)計(jì)及改進(jìn)

馬弗爐加熱方式為整體加熱，需要采用底模來(lái)保護(hù)擴(kuò)孔器鋼體同時(shí)支撐型模，而使用中頻爐感應(yīng)線圈可以對(duì)粉料位置進(jìn)行局部加熱，我們嘗試改進(jìn)模具，不再使用底模，設(shè)計(jì)組裝專用模具來(lái)對(duì)擴(kuò)孔器進(jìn)行敲振裝料，同時(shí)能減輕組合模具重量，便于燒結(jié)工人夾持。

先將加工好的鋼體放入組裝專用底模模具內(nèi)，保證襯套與鋼體組裝螺紋位置的同心度控制良好，放上型模，由襯套來(lái)支撐型模的重量，裝入骨架粉末，敲振后放入中頻爐中燒結(jié)，感應(yīng)圈高度中心的位置與粉料中心位置高度相同。型模上端略高于鋼體，在加熱時(shí)避免鋼體加熱過(guò)快，造成模具的炸裂。型模設(shè)計(jì)合理，襯套與型模接觸位置在燒結(jié)過(guò)程中不會(huì)有氧化，型模仍然可以多次重復(fù)使用。

2.3胎體下邊緣夾生

在中頻燒結(jié)試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)擴(kuò)孔器胎體粉料下邊緣夾生的現(xiàn)象。設(shè)定的燒結(jié)工藝完成后，用鋼鋸條對(duì)胎體進(jìn)行鋸切，發(fā)現(xiàn)胎體上部呈現(xiàn)強(qiáng)金屬光澤，下部無(wú)明顯的金屬光澤，呈現(xiàn)灰色的骨架粉料顏色，并且有小塊的剝落。

胎體夾生的原因：馬弗爐燒結(jié)擴(kuò)孔器時(shí)間長(zhǎng)，一爐燒結(jié)時(shí)間在2～3小時(shí)左右，但是在中頻燒結(jié)時(shí)，我們燒結(jié)時(shí)間縮短，就出現(xiàn)了胎體未燒透的現(xiàn)象。

解決措施：對(duì)擴(kuò)孔器骨架粉料配方進(jìn)行調(diào)整并進(jìn)行合適振實(shí)密度的試驗(yàn)。我們的骨架粉料以W2C及WC為主，骨架材料中W2C由不同種粒度組成，對(duì)不同粒度的粉料含量進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)提高W2C的整體粒度。胎體的振實(shí)密度不宜過(guò)高，能夠在一定的保溫時(shí)間內(nèi)，保證粘結(jié)金屬熔滲到擴(kuò)孔器胎體的下邊緣；流動(dòng)速度又不宜過(guò)快，影響浸漬金屬和鋼基體的粘結(jié)效果。粗顆粒的W2C具有更優(yōu)異的耐磨性，細(xì)顆粒的W2C及WC粉末能順利的填充到粗顆粒的間隙，保證胎體骨架粉末的粒度搭配在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，使胎體能夠具有良好的耐磨和機(jī)械性能。

2.4粘結(jié)金屬的選擇

在試驗(yàn)時(shí)，試用了某種牌號(hào)的黃銅合金浸澆料及生產(chǎn)中一直使用的鋅白銅進(jìn)行熔滲燒結(jié)，對(duì)燒結(jié)工藝進(jìn)行調(diào)整、試驗(yàn)，在燒制大規(guī)格或加大系列胎體的擴(kuò)孔器時(shí)，由于胎體及鋼體的熱膨脹較大，使用黃銅合金浸澆料擴(kuò)孔器的胎體易剝離鋼體。

將燒結(jié)好的擴(kuò)孔器試樣橫向放置于試驗(yàn)機(jī)的V型鐵上，手動(dòng)操作施加相同的壓力，當(dāng)擴(kuò)孔器試樣受壓變形，胎體徑向位移相同時(shí)，停止壓力，取出壓扁的擴(kuò)孔器試樣。顯微鏡下觀察，用黃銅合金浸澆料擴(kuò)孔器的胎體與鋼體螺紋有清晰的界限，部分位置出現(xiàn)脫離，可以看到鋼體螺紋；而采用鋅白銅浸漬的擴(kuò)孔器胎體與鋼體螺紋已經(jīng)融為一體，沒(méi)有剝離傾向。

盡管黃銅浸澆料的生產(chǎn)成本較低，不存在鋅蒸汽蒸發(fā)對(duì)設(shè)備的危害，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，繼續(xù)選擇鋅白銅作為浸漬金屬。

2.5燒結(jié)工藝的調(diào)整

馬弗爐加熱速率不超過(guò)10℃/min，保溫時(shí)間20min，燒結(jié)過(guò)程不可目測(cè)，需要進(jìn)行首爐的檢驗(yàn)調(diào)整。中頻爐可以通過(guò)調(diào)節(jié)功率來(lái)調(diào)整加熱速率，加熱效率較高，根據(jù)規(guī)格不同將擴(kuò)孔器的保溫時(shí)間控制在8min上下，保溫溫度高于浸漬金屬熔化溫度10～20℃，此時(shí)浸漬金屬處于熔融狀態(tài)，流動(dòng)性較好，不會(huì)產(chǎn)生大量浸漬金屬蒸發(fā)或流失的過(guò)燒現(xiàn)象。

2.6其他問(wèn)題

聚晶周圍有缺料的現(xiàn)象，原因可能是聚晶的上表面容易阻礙粉末的流動(dòng)，粉末流動(dòng)緩慢，形成搭橋或者聚晶粘接過(guò)程中使用粘接劑較多。

解決措施：合理調(diào)整配方后，聚晶缺料現(xiàn)象減少；同時(shí)注意粘結(jié)聚晶時(shí)盡量減少粘結(jié)劑的用量，避免粘結(jié)劑使用過(guò)多造成缺料現(xiàn)象。

擴(kuò)孔器鋼體在燒結(jié)過(guò)程中出現(xiàn)鋼體熔蝕現(xiàn)象，可能存在兩種原因：一種是石墨模具碰到鋼體，活性碳原子被鋼體表面吸收融入表面奧氏體，奧氏體含碳量增加，形成熔蝕位置表面滲碳現(xiàn)象，鋼體硬度顯著提高，造成擴(kuò)孔器后期機(jī)加工困難，容易崩壞刀刃；一種是由于熔融金屬沸騰、銅金屬滲入鋼體，鋼體位置呈現(xiàn)浸漬金屬的顏色，可能會(huì)造成擴(kuò)孔器使用過(guò)程中出現(xiàn)斷裂。

解決措施：使用石墨隔離模具，將浸漬金屬裝在隔離模具外，避免浸漬金屬過(guò)度滲入鋼體內(nèi)。同時(shí)隔離模具和鋼體之間要隔開(kāi)，避免鋼體滲碳。

3結(jié)論

采用中頻爐替代馬弗爐燒結(jié)擴(kuò)孔器，不斷地調(diào)整和改進(jìn)工藝，顯著提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。通過(guò)客戶近一年來(lái)的使用反饋，改進(jìn)后的擴(kuò)孔器取得了良好的應(yīng)用效果。

作者簡(jiǎn)介：韓菲(1985-)，女，漢族，工程師，北京科技大學(xué)材料專業(yè)碩士畢業(yè)，主要從事金剛石鉆探工具及制品研發(fā)工作，E-mail:hanfei@cgeg.com.cn。

收稿日期：2015-10-09

中圖分類號(hào):P634.42

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-282X(2016)01-0023-02