一種高硬度聚晶金剛石拉絲模的放電等離子燒結制作工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及拉絲模技術領域，尤其涉及一種高硬度聚晶金剛石拉絲模的放電等離 子燒結制作工藝。
【背景技術】
[0002] 在金屬壓力加工中，在外力的作用下使金屬強行通過模具，金屬橫截面積被壓縮， 并獲得所需要的橫截面積、形狀和尺寸的工具稱為拉絲模，它是一種使金屬絲由粗到細，逐 步達到人們所需要的尺寸的工具，由模套和模芯兩部分組成，在使用的過程中，由于拉拔的 作用，會使模具發生不同程度的損傷，質量好的模具對于提高企業的生產效率，降低企業的 成本是至關重要的，要想降低成本，獲得穩定長時間的拉拔，精確地尺寸，較好的表面質量， 沒有高質量的拉絲模具是難以實現的。
[0003] 聚晶金剛石是用經過認真挑選的質量優良的人造金剛石單晶加上少量的硅、鈦等 結合劑，在高溫高壓的條件下聚合而成，以其高硬度、高耐磨性以及優良的性價比等特點越 來越受到拉絲行業的青睞，成為拉絲行業應用最廣泛的模芯材料，但是金剛石脆性較大，難 于加工，在制備模具以及模具的使用過程中會發生脆性爆裂，影響企業的產品質量，拉絲模 在模芯表面會進行鑲套保護模芯。拉絲模芯的鑲套是模具生產過程中的一個重要環節，其 中鑲套的成分以及鑲套工藝是直接影響拉絲模成品質量的重要因素。目前常用的金剛石拉 絲模鑲套方法有兩種：一種是熱鑲，一種是粉末鑲，其中以粉末鑲套最為突出。現有技術中 的模具在模芯的利用率，使用壽命和模具修復方面還不能達到另人們滿意的程度。
[0004] 放電等離子燒結是近年來發展起來的一種快速制備材料的新技術，與傳統的熱 壓、熱等壓和無壓等燒結技術相比，具有許多優點。在燒結初始階段利用直流脈沖電壓在顆 粒間產生散高溫等離子體，對被燒結材料進行表面凈化、活化和均勻加熱，有助于形成均相 和高性能的燒結體，采用直流電直接對石墨模具和模具內的燒結材料進行通電加熱，具有 很高的熱效率，可獲得極快的加熱速度，從而有效地縮短了燒結時間，同時也利于保持原材 料的微結構，得到性能優異的燒結材料，但是在拉絲模具鑲套過程中未得到充分的應用。
[0005] 目前，現有技術中的拉絲模具在使用壽命和可修復次數方面還不能達到令人滿意 的程度，選擇合適的鑲套用金屬粉末的成分和燒結方法，優化鑲套工藝，提高模芯的利用 率，得的綜合性能好的模具，延長模具的使用壽命，提高生產的效率，降低生產成本是目前 亟待解決的問題。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種高硬度聚晶金剛石拉絲模的 放電等離子燒結制作工藝，實現了模具的鑲套制作工藝的優化，得到綜合性能好的模具，提 高模具制備過程中模芯的利用率，延長模具的使用壽命，增加模具的修復次數。
[0007] 本發明公開了一種高硬度聚晶金剛石拉絲模的放電等離子燒結制作工藝，所述拉 絲模包括聚晶金剛石模芯、鑲套和具有內腔的鋼套，鑲套包裹模芯并設于鋼套的內腔中，鑲 套由頂部、底部和環繞模芯的周部組成，鑲套采用金屬粉末燒結而成；鑲套制作工藝包括如 下步驟：
[0008] S1、按質量百分比將34-37wt%的鐵粉、20-25wt%的鎳粉、15-19wt%的銅粉、 8-10wt %的鋁粉、8-10wt %的鋅粉、l-2wt %的錫粉、l-2wt %的鎂粉、2-3wt %的銀粉、 l-2wt%的磷粉、2-3wt%的鋅-30wt%錯中間合金粉混合均勻得到金屬粉；
[0009] S2、將鋼套放置在石墨模具中；稱取A單位Sl中配制的金屬粉倒入鋼套中，將石墨 壓柱插入石墨模具中壓住金屬粉，放入燒結機內冷壓將金屬粉壓實形成鑲套底部；將聚晶 金剛石模芯某一面固定在鑲套底部，聚晶金剛石模芯與鋼套處于同一中心軸線；稱取B單 位Sl中配制的金屬粉倒入鋼套中，將石墨壓筒插入石墨模具中壓住金屬粉，放入燒結機內 冷壓將金屬粉壓實形成鑲套周部；稱取C單位Sl中配制的金屬粉倒入鋼套中，將石墨壓柱 插入石墨模具中壓住金屬粉，放入燒結機內冷壓形成鑲套頂部；其中裝入B單位的金屬粉 使金屬粉充滿聚晶金剛石模芯的周圍空間，裝入A單位的金屬粉和C單位的金屬粉后震動 石墨模具使金屬粉均勻平整；
[0010] S3、將S2中裝有冷壓成型的金屬粉、聚晶金剛石模芯和鋼套的模具放入放電等 離子燒結機內進行放電等離子燒結，在放電等離子燒結過程中，鑲套底部、周部和頂部放 電等離子燒結形成一體鑲套，并且，鑲套、聚晶金剛石模芯和鋼套放電等離子燒結成一體 形成聚晶金剛石拉絲模；其中，放電等離子燒結過程如下：調節真空度為2-8Pa，起始壓 力為20-30MPa，以80-KKTC /min的升溫速率升溫至300-350°C后，降壓至10_20MPa，以 50-80°C /min的速率升溫至420-450°C，降壓至8-10MPa，以30-50°C /min的速率升溫至 500-520°C后以20°C /min的速率升溫至550-570°C，保溫保壓30-50秒，冷卻至室溫，卸壓 后取出得到高硬度聚晶金剛石拉絲模。
[0011] 優選地，放電等離子燒結過程如下：調節真空度為3-6Pa，起始壓力為22-28MPa， 以88-95°C /min的升溫速率升溫至305-348°C后，降壓至12-18MPa，以55-75°C /min的速 率升溫至428-448°C，降壓至8. 5-9. 5MPa，以32-48°C /min的速率升溫至508-518°C后以 20°C /min的速率升溫至555-565°C，保溫保壓32-48秒。
[0012] 優選地，放電等離子燒結過程如下：調節真空度為5Pa，起始壓力為25MPa，以 90°C /min的升溫速率升溫至330°C后，降壓至16MPa，以73°C /min的速率升溫至439°C，降 壓至9MPa，以45°C /min的速率升溫至512°C后以20°C /min的速率升溫至563°C，保溫保壓 41秒。
[0013] 優選地,所述金屬粉按質量百分比包括：35wt%的鐵粉、22wt%的鎳粉、16wt%的 銅粉、9?1: (%的錯粉、9￥1:(%的鋅粉、1.5￥1:(%的錫粉、1.5￥1:(%的鎂粉、2.2￥1: (%的銀粉、1￥1:(% 磷粉、2. 8wt%的鋅-30wt%錯中間合金粉。
[0014] 在本發明中，采用了新的鑲套用金屬粉配方，配方以鐵-鎳-銅系為基并添加了其 他元素組成。一方面，配方中提高了鋅的含量同時相應的調整了鎳、錫的含量，在降低成本 的同時，易于形成金屬間化合物，使形成的鑲套與模芯和鋼套緊密貼合，在模具使用過程中 不易剝落，增加鑲套的耐磨性，延長了模具的使用壽命，增加了模具可修復次數，一方面，添 加了磷粉，在燒結的過程中助熔，加快了燒結的速度，另一方面，減小了金屬粉的顆粒大小， 金屬粉末粒度為160目左右，細化了晶粒，增加了形成鑲套的致密度，延長模具的使用壽 命。
[0015] 在本發明中，優化了鑲套的工藝，采用冷壓成型與放電等離子燒結工藝相結合的 過程，采用冷壓，減少熱量投入的同時能防止聚晶金剛石在高溫條件下的脆裂，提高模芯的 利用率，同時儲存了能量，為之后的燒結提供了基礎；放電等離子燒結將脈沖大電流作用與 模具上，脈沖放電產生的沖擊波以及電子、離子在電場中的反方向高速運動，使粉末表面的 起始氧化膜在一定程度上被擊穿，使粉末凈化、活化，顆粒粒子同時受到離子放電、導電加 熱以及加壓的綜合作用，降低了活化能，促進顆粒原子的擴散，提高了燒結的速率，縮短燒 結的時間，使燒結體從低溫區快速進入高溫區，抑制了晶粒的生長；晶粒受到脈沖電流加熱 和垂直單向壓力的作用，體擴散、界面擴散都得到了加強，能夠加速致密化過程；脈沖電流 可以降低成核的能量，增大成核率，獲得細小的組織，得到綜合性能好的模具；放電等離子 燒結不僅有傳統燒結過程中通電產生的焦耳熱和加壓造成的塑性變形的作用促進燒結過 程，還有效的利用了顆粒間放電產生的自發熱