3.1Fe基孕鑲金剛石磨頭斷口結構和力學性能
粉末燒結過程中合金化程度與燒結溫度和壓力密切相關。由圖4可知，不同燒結工藝磨頭均存在(Fe，Ni)固溶體相，且燒結溫度為 760 ℃時，磨頭存在銅
錫化合物和鐵的碳化物，合金化程度增大。這主要由于磨頭組成中有低熔點元素 Sn，當燒結溫度高于 Sn 熔點(232 ℃)時，燒結體進入液相燒結階段，加快合金化。較高的燒結溫度使液相量增大、固態金屬原子擴散加劇，胎體形成更多的固溶體及金屬化合物。同時高溫可降低金屬液黏度、加速Fe原子溶入液相、減小胎體金屬對金剛石的潤濕角，促進界面反應生成Fe 的碳化物；與760 ℃/15 MPa/4 min 相比，760 ℃/23 MPa/4 min 工藝試樣斷口增加 Fe2C 相(圖 4)。因為在較大燒結壓力下，粉末顆粒燒結頸產生屈服、蠕變效應，促進元素擴散。同時金屬液在大壓力下加速流動，使更多碳化物形成元素到達界面，有助于形成金屬碳化物。
綜上所述，提高燒結溫度或增大燒結壓力均可促進燒結合金化及胎體和金剛石界面反應，使組織致密、界面結合性能好，阻礙磨頭塑性變形和裂紋擴展，斷裂形式由低溫低壓的沿金屬顆粒和界面的脆性斷裂轉變為沿胎體晶粒塑性斷裂和沿金剛石解理斷裂(如圖3 所示)。高溫高壓下界面形成碳化物，增強了界面結合及金剛石的顆粒強化效應，使力學性能提高，如表2、圖2所示。
磨頭磨損性能與力學、界面結合性能有關，包括胎體磨損和金剛石磨損，硬度影響磨頭耐磨性，與磨損率成反比；抗彎強度決定胎體對金剛石的機械包鑲力，影響金剛石脫落率，也即影響有效磨削金剛石數目；界面結合性能影響金剛石強度和冶金結合力。
圖 6 為不同工藝 Fe 基孕鑲金剛石磨頭磨損形貌，圖中(d)，(e)，(f)為(a)，(b)，(c)白色矩形框區域胎體放大照片，(g)，(h)，(i)為圓形框區域金剛石放大照片。由圖6(d)，(g)可知，680 ℃/15 MPa/4 min 工藝磨頭摩擦胎體表面存在剝落和粘著現象，對粘著物進行能譜分析可知，其主要含有 Si，Ca，K，O 元素，確定為磨屑，證明胎體發生了粘著磨損；金剛石發生宏觀破碎，為嚴重磨粒磨損形式。760 ℃/15 MPa/4 min 工藝磨擦表面胎體存在深且寬的犁溝，犁溝邊緣有撕脫痕跡，具有明顯的磨粒磨損特征；金剛石棱角處發生微觀破碎，為輕微磨粒磨損形式，如圖6(e)，(h)所示。對760 ℃/23 MPa/4 min 工藝磨頭摩擦表面胎體進行能譜分析可知，胎體表面的灰色粘著物為磨屑，并有大顆粒白色磨屑刻入胎體表面；金剛石發生熱蝕和磨粒磨損(圖6(f)，(i))。
磨頭磨削花崗巖(對偶件)時，在載荷作用下預出刃金剛石磨粒與對偶件表面發生微碰撞，具有高沖擊強度的金剛石使對偶件表面破碎成磨屑，磨屑沿胎體與對偶件間通道逐漸排出或者和胎體摩擦，磨頭磨削及金剛石受力示意圖如圖 7 所示。當金剛石出露高度小于其尺寸的 1/3 時，金剛石僅受對偶件表面正應力作用，胎體與磨屑間摩擦較少；當出露高度大于其尺寸的 1/3 時，金剛石受剪切力作用，此時如果機械包鑲力較小，則金剛石將發生脫落；金剛石大量脫落使得金剛石平均出露高度降低，減少了容屑空間，進而導致磨屑與胎體直接摩擦并附著在胎體表面，形成第三體，降低摩擦因數；第三體與磨屑、對偶件摩擦，發生剝落并形成磨屑，使胎體快速磨損(圖 6(d))，金剛石脫落率增大，特別在磨頭硬度較小時更嚴重，使金剛石出露速度和脫落速度相當，摩擦因數保持穩定(圖5)；較高金剛石脫落率使得參與有效磨削的磨粒數減少，單顆金剛石受力增大，發生嚴重磨粒磨損，如圖6(g)所示。
界面反應程度影響金剛石磨粒強度和界面結合強度，較高的界面結合強度可增強磨頭力學性能，但如果界面反應程度過高則會降低金剛石的強度和抗熱沖擊性能，使金剛石發生熱蝕或破碎。由表2、表3、圖5(c)可知，3種燒結工藝下，760 ℃/23 MPa/4 min工藝磨頭的力學性能和界面結合性能最好，但其摩擦性能較差。其主要歸因于：1) 過高的磨頭硬度使金剛石出露速度慢，有效參與磨削金剛石數目少，單顆金剛石受對偶件力及熱沖擊較大，破損嚴重，降低了磨頭磨削性能；2) 金剛石出露速度慢導致胎體與磨屑摩擦，磨屑附著在胎體表面形成第三體，增大了摩擦表面硬度，使金剛石更難出露；3) 界面反應程度過高降低了金剛石的強度和抗熱沖擊性，導致金剛石磨粒發生破碎和熱蝕現象。
4 結論
1) 680 ℃/15 MPa/4 min工藝磨頭的合金化程度較低，組成胎體的金屬粉末大多是機械結合，金剛石與胎體為機械包鑲，導致其力學性能較差；760 ℃/15 MPa/4 min和760 ℃/23 MPa/4 min工藝磨頭的合金化程度較高，金剛石和胎體形成冶金結合，力學性能提高；760 ℃/23 MPa/4 min工藝磨頭的力學性能最好。
2) 680 ℃/15 MPa/4 min 工藝磨頭硬度、抗彎強度較小，機械包鑲力較低且胎體磨損較快，金剛石嚴重脫落，摩擦磨損性能較差；760 ℃/23 MPa/4 min 工藝磨頭硬度、界面反應程度過高，使胎體磨損慢、金剛石強度下降，阻礙金剛石正常出露，導致金剛石發生熱蝕和破碎；760 ℃/15 MPa/4 min 工藝磨頭具有最佳的耐磨匹配性和界面結合特性，摩擦磨損性能最好。
