钨合金的切割与磨抛

钨合金的切割与磨抛

实验材料：直径为φ206㎜的钨合金。

材料特性：钨合金是以钨为基加入其他元素组成的合金。在金属中，钨的熔点最高，高温强度和抗蠕变性能以及导热、导电和电子发射性能都好。但是钨合金在加工中会出现一定的困难，较大的钨合金会由于合金材料的整体均匀性的差异而在使用电火花切割过程中断丝。

实验目的：

1、将φ206㎜的钨合金块切割成厚度为6㎜的钨合金片，并观察切割后的样品表面形貌。

2、将切割后的钨合金片切割成50×50㎜的钨合金块，然后进行磨抛并观察表面状态。

实验设备：STX-1203金刚石线切割机、UNIPOL-802精密研磨抛光机、MTI-3040加热平台

STX-1203金刚石线切割机MTI-3040加热平台UNIPOL-802自动研磨抛光机

图1实验所用设备图

实验所用设备特点：

STX-1203金刚石线切割机：该机适用于切割硬度低于金刚石的所有材料，如晶体、陶瓷、红外光学材料、热电材料、玻璃、岩样、玉石、PCB板、陨石、海洋结核、耐火材料、建筑材料、高分子材料、复合材料等，主要用于加工较大尺寸的贵重材料，切割尺寸可达300㎜。该机是连续型金刚石线切割机，无需手动调节，切割后的样品尺寸精度在±10μm的范围内。使用高强韧性的单根金刚石线循环往复的运动，线长为≤150m，大大提高了切割效率。采用气动张紧的模式，气压的大小可根据线径的粗细进行调整，可有效的保护切割线不会断裂。搭配摇摆机构或旋转摇摆机构时可以切割高硬度或高表面质量要求的试样。

UNIPOL-802精密研磨抛光机：UNIPOL-802自动精密研磨抛光机设置了Ø203mm的研磨抛光盘和两个加工工位，可用于研磨抛光≤Ø80mm的平面。在研磨过程中两个加工工位可以以一定的频率左右摆动，同时推动载样块左右摆动，载样块在进行自转的同时随着研磨盘公转，使样品做无规则运动，从而使研磨后的样品表面质量均匀。若配置适当的附件（GPC-50A精

密磨抛控制仪），可批量生产高质量的平面磨抛产品。该机既可以使用磨料研磨样品，也可以使用砂纸研磨样品，砂纸或抛光垫采用磁力吸附的方式装卡，装卸方便。

MTI-3040加热平台：MTI-3040加热平台是采用整体铸造，单片机作为核心控制部件，适用于对熔化温度低于200℃的各种材料（如晶体、半导体、陶瓷等）的加热。

实验过程：

一、切割

切割原理：利用被切割材料的硬度低于切割丝上所镀的金刚石的硬度的特性，使用金刚石切割丝连续磨削被切割材料，使被切割材料切割成片状或块状，或其它的形状，切割过程中不会在材料表面产生烧灼等伤痕，是一种纯物理方式的切割过程。

首先将钨合金用树脂陶瓷块固定在树脂陶瓷切割衬垫上，保证钨合金块在切割过程中不会晃动。树脂陶瓷块用石蜡粘接在树脂陶瓷衬垫之上，固定好的钨合金块如图2所示，切割过程中使用专用切割油对钨合金块进行冷却，防止因摩擦生热使金刚石线断裂。切割油对材料没有任何腐蚀性，不仅起到冷却作用，还会起到润滑作用，使切割面平面度更高，且可以降低样品崩边的可能。

图2固定好的待切割钨合金

使用STX-1203金刚石线切割机切割钨合金试样的工作状态如图3所示，所使用的金刚石切割线的线径为0.35㎜，该尺寸的金刚石线切割样品时切口小，浪费的样品少，可有效节约样品，提高样品的利用率，尤其适用名贵样品的切割。本实验样品切割深度为210㎜，切割厚度为6㎜。切割过程中，切割线与被切试样之间始终保持较小的弧度，保证切割线与被切割试样之间保持一个较的大切割力，从而使样品在最短的时间内被切割成片。若切割过程中金刚石线与样品间的弧度越来越大，说明切割速度过快，应适当降低切割速度，反之应适当提高切割速度。

图3STX-1203切割钨合金的状态图

切割后的试样如图5所示，可见样品表面平整，无卷曲翘边和烧灼现象产生，由于切割过程中对切割速度进行了几次调节，因而测量切割后的薄片的左右平均厚度公差约为±0.011mm，上下厚度公差约为±0.01mm，表面粗糙度小于0.4μm。

图5切割后的钨合金片

从本实验可见，金刚石线切割后的钨合金表面状态平整，平面度好，无电火花线切割机切割样品时所产生的烧灼现象，从而不会在表面产生热应力层。切割后的试样切口窄，节省了大量的材料。钨合金中的夹杂不会影响金刚石线对试样的切割，说明金刚石线切割机十分适合钨合金的切割。

二、磨抛

将切割后的6㎜厚的钨合金片切割成50×50㎜的方形块，然后用UNIPOL-802研磨抛光机进行研磨抛光。首先，将UNIPOL-802专用载样块与被研磨钨合金块放置于MTI-3040加热平

台上进行加热，加热到石蜡可以融化的温度（80-100℃）后将石蜡涂于载样块与试样相接触的表面，然后将样品放置于载样块中心处固定，并将二者一同从加热平台上移下，待冷却到室温后便可以进行研磨，固定好的试样如图6所示：

图6固定好样品的载样块

将固定好样品的载样块放到研磨抛光机的研磨盘上，载样块外套修盘环，修盘环的主要作用是使磨料变得更锋利并防止磨料大量流失同时促进载样块在研磨盘上的转动。调整好机械摆臂的位置在修盘环的中线处，摆臂向研磨盘外摆动的范围在离研磨盘大概6㎜的位置。开动研磨抛光机将转速调整到35r/min左右，研磨过程中用水对样品进行冷却。研磨过程中样品的状态如图7所示：

图7样品的研磨状态

首先使用W14的刚玉磨料对试样进行研磨，当观察到样品表面全部被研磨掉一层之后将整个研磨盘、样品和修盘环全部冲洗干净，换成W7的磨料继续对样品表面进行研磨，此时将转速调整到45r/min，当样品表面经W7的磨料磨掉一层后，将研磨盘、样品、修盘环再次清洗干净。然后将研磨盘换成合成革抛光垫，使用W1.5的金刚石悬浮抛光液对试样进行抛光，

抛光一段时间对样品表面进行观察，当观察到样品表面完全没有划痕变得光亮后，便完成了对样品的抛光，否则需要继续对样品进行抛光。研磨后的样品如图8所示：

图8研磨后的样品图

从图8可观察到被磨试样表面呈光亮的状态，且无划痕存在，说明钨合金的抛光已经完成。本实验研磨抛光的整个过程由UNIPOL-802自动完成，无需手动打磨试样，整个研磨过程用时30min，抛光过程用时20min，与手动研磨相比，不仅节省了大量的时间，还节省了人力。手动研磨大片状样品时容易因受力不均而磨偏，使用自动研磨抛光机研磨时样品受力均匀，不会出现磨偏的现象，磨抛后的样品表面平行度高。因此UNIPOL-802自动研磨抛光机十分适用于实验室对样品的研磨抛光。