基于激光熔覆粘接的刀具與工件的擴散偶的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機械與材料科學領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種基于激光熔覆粘接的刀 具與工件的擴散偶的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在切削過程中，由于切削區(qū)的溫度比較高，高速切削加工中的溫度高達1000°C，高 溫作用使得刀具材料和工件材料之間發(fā)生元素的相互擴散，造成刀具的磨損。刀具的表面 始終與剛切削出的工件表面相接觸，尤其對一些化學性質(zhì)較活潑的工件材料，它們與刀具 材料的親和性強，刀具材料和工件材料接觸面的化學元素可能發(fā)生相互擴散，導致自身的 化學成分發(fā)生改變，從而影響刀具的切削加工性能。
[0003] 因此在切削前需要針對工件的材料特性，選擇與之相匹配的刀具進行切削加工作 業(yè)。
[0004] 刀具材料與工件材料的化學性能匹配主要是指刀具材料與工件材料的化學親和 性、化學反應(yīng)、擴散和溶解等化學性能參數(shù)要相互匹配。通過擴散試驗，利用掃描電鏡、能 譜分析觀察刀具和工件的擴散程度以及擴散形貌，分析擴散部分的組分、各種刀具材料與 工件材料產(chǎn)生擴散的溫度和擴散的難易程度，從而得出刀具材料與工件材料的擴散匹配關(guān) 系，來選擇較為適宜的與工件材料匹配的刀具材料。
[0005] 但是，實際加工過程中，很難對刀具和工件材料之間動態(tài)的元素擴散問題進行深 入的研究。迄今為止，對擴散實驗方法的研究較少，主要有鉚釘法、擴散焊和夾具法等。
[0006] 目前最常用的方法就是夾具夾持。夾具由兩塊打孔的鋼板通過兩個高溫螺栓連接 組成，將刀具和工件放在兩塊鋼板之間，然后夾緊。該方法存在較多的缺陷，具體為：
[0007] (1)需要根據(jù)試塊的尺寸來制作專用夾具，在一定程度上造成了資源的浪費，且成 本高較高，通用性較差；
[0008] (2)夾具制好后，需要對夾具進行研磨處理，保證夾具的清潔度，從而延長了實驗 時間，消耗人力物力；
[0009] (3)夾具夾緊試樣時，兩接觸試樣的接觸面易產(chǎn)生滑移，導致兩面不能按要求接 觸，不利于擴散結(jié)果的觀察、分析；
[0010] (4)經(jīng)高溫處理拆除夾具后，兩接觸的擴散試樣易分離，導致無法觀察擴散結(jié)果。
[0011] 因此，如何設(shè)計一種全新的裝置或方法，來便于觀察元素擴散實驗中刀具與工件 的相對材料特性，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供及一種基于激光熔覆粘接的刀 具與工件的擴散偶的制備方法。本發(fā)明通過激光熔覆方法來實現(xiàn)刀具與工件擴散偶的高效 制備，制備過程中利用激光的高準度克服了現(xiàn)有技術(shù)中因夾具加持力變化而使得刀具與工 件接觸面相對氧化影響實驗效果等多個弊端。
[0013] 為了達成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0014] 一種基于激光熔覆粘接的刀具與工件的擴散偶的制備方法，包括如下步驟：
[0015] A、對已知材料的刀具或刀片切割成試樣，使切割后的試樣至少具有一個凹槽或容 腔；
[0016] B、將待實驗工件切割成試樣，使切割后的試樣與步驟A所得試樣貼合后至少具有 一個共同的凹槽或容腔；
[0017] C、對步驟B所得兩試樣進行研磨拋光，使兩試樣分別具有至少一個拋光面；
[0018] D、將步驟C所得兩試樣的拋光面貼合，并利用夾具將兩試樣裝夾固定，把熔覆材 料置于兩試樣形成的凹槽或容腔中；
[0019] E、將兩試樣用激光熔覆法粘接在一起，來形成擴散偶；
[0020] F、將制備好的擴散偶進行清洗，然后放入保溫爐中進行加熱保溫；
[0021] G、將保溫后的擴散偶取出，去除表面氧化層，再進行拋光和清洗后，取擴散偶的芯 部進行試樣分析。
[0022] 上述制備方法中，優(yōu)選的是，步驟C中，兩試樣拋光完成后，進行超聲波清洗，再進 行步驟D。
[0023] 上述制備方法中，優(yōu)選的是，步驟A中，刀具或刀片采用線切割裝置進行切割，切 割后的刀片或刀具為梯形體結(jié)構(gòu)。
[0024] 上述制備方法中，優(yōu)選的是，步驟B中，工件采用線切割裝置進行切割，切割后的 工件為梯形體結(jié)構(gòu)。
[0025] 上述制備方法中，優(yōu)選的是，在丙酮中進行超聲波清洗。
[0026] 上述制備方法中，優(yōu)選的是，所述夾具包括兩夾持板，任一夾持板上均具有通孔， 兩夾持板通過多個螺栓和螺母將步驟D所得兩試樣夾持在中間。
[0027] 上述制備方法中，優(yōu)選的是，相匹配的螺栓與螺母被扭矩扳手緊固，且所有的螺栓 與螺母的扭力相同。
[0028] 本發(fā)明的有益效果是：
[0029](1)在高溫加熱的過程中不會由于夾具的松開而產(chǎn)生縫隙導致兩接觸面發(fā)生氧 化，影響擴散實驗效果；
[0030] (2)擴散偶試件保溫結(jié)束后進行EDS觀察時，兩試件不會分開，從而保證擴散時與 EDS掃描時的位置一致；
[0031] (3)進行不同的試驗時無需制作特定的夾具，進而大大降低實驗成本，縮短試驗周 期。
【附圖說明】
[0032] 圖1是本發(fā)明中刀具與工件的相對配合圖；
[0033] 圖中：1、刀具試樣，2、工件試樣，3、熔覆區(qū)，4、保護氣，5、激光束。
【具體實施方式】
[0034] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
[0035] 實施例1:如圖1所示，一種基于激光熔覆粘接的刀具與工件的擴散偶的制備方 法，包括如下步驟：
[0036] A、選取株洲硬質(zhì)合金廠的硬質(zhì)合金刀具YG6作為刀具試樣1，將濰柴動力發(fā)動機 的缸體用灰鑄鐵HT250作為工件試樣2，
[0037]B、采用線切割的方式將刀具試樣1切割為16mmX8mmX6mm的梯形體結(jié)構(gòu)，加采用 線切割的方式將工件試樣2切成16mmX8mmX4mm的梯形體結(jié)構(gòu)；
[0038]C、將步驟A和步驟B所得試樣進行二次切割，使切割后的兩試樣貼合后至少能形 成一個凹槽或容腔，用于放置熔覆粉末，便于兩試樣以冶金狀態(tài)牢牢地結(jié)合在一起；
[0039] D、對步驟C所得刀具試樣1和工件試樣2待結(jié)合面及待熔覆表面在磨床上依次進 行粗磨、精