一种高致密度聚晶金刚石拉丝模的微波烧结制作工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及拉丝模技术领域，尤其涉及一种高致密度聚晶金刚石拉丝模的微波烧 结制作工艺。
【背景技术】
[0002] 在金属压力加工中，在外力的作用下使金属强行通过模具，金属横截面积被压缩， 并获得所需要的横截面积、形状和尺寸的工具称为拉丝模，它是一种使金属丝由粗到细，逐 步达到人们所需要的尺寸的工具，由模套和模芯两部分组成，在使用的过程中，由于拉拔的 作用，会使模具发生不同程度的损伤，质量好的模具对于提高企业的生产效率，降低企业的 成本是至关重要的，要想降低成本，获得稳定长时间的拉拔，精确地尺寸，较好的表面质量， 没有高质量的拉丝模具是难以实现的。
[0003] 聚晶金刚石是用经过认真挑选的质量优良的人造金刚石单晶加上少量的硅、钛等 结合剂，在高温高压的条件下聚合而成，以其高硬度、高耐磨性以及优良的性价比等特点越 来越受到拉丝行业的青睐，成为拉丝行业应用最广泛的模芯材料，但是金刚石脆性较大，难 于加工，在制备模具以及模具的使用过程中会发生脆性爆裂，影响企业的产品质量，拉丝模 在模芯表面会进行镶套保护模芯。拉丝模芯的镶套是模具生产过程中的一个重要环节，其 中镶套的成分以及镶套工艺是直接影响拉丝模成品质量的重要因素。目前常用的金刚石拉 丝模镶套方法有两种：一种是热镶，一种是粉末镶，其中以粉末镶套最为突出，粉末镶套的 烧结过程是镶套制作工艺中的关键步骤，常用的烧结工艺包括无压烧结、加压烧结。
[0004] 微波烧结是一种利用微波加热对材料进行烧结的方法，是近年来广泛开展的一种 烧结新技术。与常规烧结相比，微波烧结具有烧结温度低、时间短、加热均匀等特点，可以有 效抑制晶粒长大，细化显微组织，有利于改善烧结体的性能，因此选择合适的镶套用金属粉 末的成分，控制微波烧结工艺，能够提高模芯的利用率，得的综合性能好的模具，延长模具 的使用寿命，提高生产的效率，降低生产成本。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种高致密度聚晶金刚石拉丝模 的微波烧结制作工艺，实现了模具的镶套制作工艺的优化，得到综合性能好的模具，提高模 具制备过程中模芯的利用率，延长模具的使用寿命，增加模具的修复次数。
[0006] 本发明公开了一种高致密度聚晶金刚石拉丝模的微波烧结制作工艺，所述拉丝模 包括聚晶金刚石模芯、镶套和具有内腔的钢套，镶套包裹模芯并设于钢套的内腔中，镶套由 顶部、底部和环绕模芯的周部组成，镶套采用金属粉末烧结而成；镶套制作工艺包括如下步 骤：
[0007] S1、按质量百分比将34-37wt%的铁粉、20-25wt%的镍粉、15-19wt%的铜粉、 8-10wt%的铝粉、8-10wt%的锌粉、l-2wt%的锡粉、l-2wt%的镁粉、2-3wt%的银粉、 l-2wt%的磷粉、2-3wt%的锌-30wt%错中间合金粉混合均勻得到金属粉，所述金属粉的颗 粒度为160目左右；
[0008]S2、将钢套放置在石墨模具中；称取A单位S1中配制的金属粉倒入钢套中，震动石 墨模具使金属粉均匀平整，将石墨压柱插入石墨模具中压住金属粉，放入烧结机内进行冷 压将金属粉压实形成镶套底部；将聚晶金刚石模芯的其中一个端面粘接在镶套底部上，聚 晶金刚石模芯与钢套处于同一中心轴线上；称取B单位S1中配制的金属粉倒入钢套中，使 金属粉充满聚晶金刚石模芯的周围空间，震动石墨模具使金属粉均匀平整，将石墨压筒插 入石墨模具中压住金属粉，放入烧结机内进行冷压将金属粉压实形成镶套周部；
[0009]S3、称取C单位S1中配制的金属粉倒入钢套中，震动石墨模具使金属粉均匀平整， 将石墨压柱插入石墨模具中压住金属粉，放入微波烧结机内进行微波烧结将金属粉压实形 成镶套顶部；其中，微波烧结过程如下：以85%N2+15%H2为烧结气氛，采用300-320W起始 输入功率，待温度升至380-400°C，将输入功率调整为380-400W，待温度升至450-480°C，将 输入功率调整为300-320W，待温度升至520-540°C，在520-540°C保温60-80s;在微波烧结 过程中，镶套底部、周部和顶部微波烧结形成一体镶套，并且，镶套、聚晶金刚石模芯和钢套 微波烧结成一体形成聚晶金刚石拉丝模；
[0010]S4、降温后取出得到高致密度聚晶金刚石拉丝模。
[0011] 优选地，所述金属粉按质量百分比包括：35wt%的铁粉、22wt%的镍粉、16wt%的 铜粉、9wt%的错粉、9wt%的锌粉、1. 5wt%的锡粉、1. 5wt%的镁粉、2. 2wt%的银粉、lwt% 磷粉、2. 8wt%的锌-30wt%错中间合金粉。
[0012] 优选地，在S3的微波烧结过程中，以85%N2+15%H2为烧结气氛，采用305-315W起 始输入功率，待温度升至390-395°C，将输入功率调整为385-395W，待温度升至455-475°C， 将输入功率调整为305-315W，待温度升至522-535°C，在522-535°C保温65-75s。
[0013] 优选地，在S3的微波烧结过程中，以85%N2+15%H2为烧结气氛，采用310W起始 输入功率，待温度升至393°C，将输入功率调整为390W，待温度升至460°C，将输入功率调整 为310W，待温度升至530°C，在530°C保温72s。
[0014] 本发明中，通过采用新的镶套用金属粉配方和微波烧结工艺，提升了聚晶金刚石 拉丝模模套的综合性能，提高模具制备过程中聚晶金刚石模芯的利用率，延长拉丝模具的 使用寿命，增加模具的修复次数。
[0015] 在本发明中，采用了新的镶套用金属粉配方，配方以铁-镍-铜系为基并添加了其 他元素组成。一方面，配方中提高了锌的含量同时相应的调整了镍、锡的含量，在降低成本 的同时，易于形成金属间化合物，使形成的镶套与模芯和钢套紧密贴合，在模具使用过程中 不易剥落；另一方面，减小了金属粉的颗粒大小，金属粉末粒度为160目左右，细化了晶粒， 增加了形成镶套的致密度，延长模具的使用寿命。
[0016] 在本发明中，优化了镶套的工艺，采用了微波烧结的方法，一方面，微波烧结可以 通过降低活化能而降低烧结驱动力，使得材料相变点发生变化，从而降低了烧结温度，缩 短了烧结时间，既可以节约能源，又由于烧结时间短，晶粒缺乏长大时间而获得细小晶粒结 构，从而获得更加优异的性能；另一方面，微波烧结过程中，由于内部电场和能量密度在晶 粒间的气孔区域被增强，从而促使局部迅速致密化，有助于消除残余气孔和缺陷，使材料整 体均匀致密；同时在烧结过程中，通过设定合理的起始输入功率，使得材料烧结过程中，孕 育期合理，同时根据温度的变化，调整输入功率，一方面可以防止出现热点和热失控，另一 方面，可以调整升温速率，从而调控烧结过程。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明中聚晶金刚石拉丝模的镶套制作工艺流程图。
[0018] 图2是本发明中聚晶金刚石拉丝模的结构示意图。
[0019] 图3为本发明中进行镶套底部冷压成型的工作状态示意图。
[0020] 图4为本发明中进行镶套周部