3.1Fe基孕镶金刚石磨头断口结构和力学性能
粉末烧结过程中合金化程度与烧结温度和压力密切相关。由图4可知，不同烧结工艺磨头均存在(Fe，Ni)固溶体相，且烧结温度为 760 ℃时，磨头存在铜
锡化合物和铁的碳化物，合金化程度增大。这主要由于磨头组成中有低熔点元素 Sn，当烧结温度高于 Sn 熔点(232 ℃)时，烧结体进入液相烧结阶段，加快合金化。较高的烧结温度使液相量增大、固态金属原子扩散加剧，胎体形成更多的固溶体及金属化合物。同时高温可降低金属液黏度、加速Fe原子溶入液相、减小胎体金属对金刚石的润湿角，促进界面反应生成Fe 的碳化物；与760 ℃/15 MPa/4 min 相比，760 ℃/23 MPa/4 min 工艺试样断口增加 Fe2C 相(图 4)。因为在较大烧结压力下，粉末颗粒烧结颈产生屈服、蠕变效应，促进元素扩散。同时金属液在大压力下加速流动，使更多碳化物形成元素到达界面，有助于形成金属碳化物。
综上所述，提高烧结温度或增大烧结压力均可促进烧结合金化及胎体和金刚石界面反应，使组织致密、界面结合性能好，阻碍磨头塑性变形和裂纹扩展，断裂形式由低温低压的沿金属颗粒和界面的脆性断裂转变为沿胎体晶粒塑性断裂和沿金刚石解理断裂(如图3 所示)。高温高压下界面形成碳化物，增强了界面结合及金刚石的颗粒强化效应，使力学性能提高，如表2、图2所示。
磨头磨损性能与力学、界面结合性能有关，包括胎体磨损和金刚石磨损，硬度影响磨头耐磨性，与磨损率成反比；抗弯强度决定胎体对金刚石的机械包镶力，影响金刚石脱落率，也即影响有效磨削金刚石数目；界面结合性能影响金刚石强度和冶金结合力。
图 6 为不同工艺 Fe 基孕镶金刚石磨头磨损形貌，图中(d)，(e)，(f)为(a)，(b)，(c)白色矩形框区域胎体放大照片，(g)，(h)，(i)为圆形框区域金刚石放大照片。由图6(d)，(g)可知，680 ℃/15 MPa/4 min 工艺磨头摩擦胎体表面存在剥落和粘着现象，对粘着物进行能谱分析可知，其主要含有 Si，Ca，K，O 元素，确定为磨屑，证明胎体发生了粘着磨损；金刚石发生宏观破碎，为严重磨粒磨损形式。760 ℃/15 MPa/4 min 工艺磨擦表面胎体存在深且宽的犁沟，犁沟边缘有撕脱痕迹，具有明显的磨粒磨损特征；金刚石棱角处发生微观破碎，为轻微磨粒磨损形式，如图6(e)，(h)所示。对760 ℃/23 MPa/4 min 工艺磨头摩擦表面胎体进行能谱分析可知，胎体表面的灰色粘着物为磨屑，并有大颗粒白色磨屑刻入胎体表面；金刚石发生热蚀和磨粒磨损(图6(f)，(i))。
磨头磨削花岗岩(对偶件)时，在载荷作用下预出刃金刚石磨粒与对偶件表面发生微碰撞，具有高冲击强度的金刚石使对偶件表面破碎成磨屑，磨屑沿胎体与对偶件间通道逐渐排出或者和胎体摩擦，磨头磨削及金刚石受力示意图如图 7 所示。当金刚石出露高度小于其尺寸的 1/3 时，金刚石仅受对偶件表面正应力作用，胎体与磨屑间摩擦较少；当出露高度大于其尺寸的 1/3 时，金刚石受剪切力作用，此时如果机械包镶力较小，则金刚石将发生脱落；金刚石大量脱落使得金刚石平均出露高度降低，减少了容屑空间，进而导致磨屑与胎体直接摩擦并附着在胎体表面，形成第三体，降低摩擦因数；第三体与磨屑、对偶件摩擦，发生剥落并形成磨屑，使胎体快速磨损(图 6(d))，金刚石脱落率增大，特别在磨头硬度较小时更严重，使金刚石出露速度和脱落速度相当，摩擦因数保持稳定(图5)；较高金刚石脱落率使得参与有效磨削的磨粒数减少，单颗金刚石受力增大，发生严重磨粒磨损，如图6(g)所示。
界面反应程度影响金刚石磨粒强度和界面结合强度，较高的界面结合强度可增强磨头力学性能，但如果界面反应程度过高则会降低金刚石的强度和抗热冲击性能，使金刚石发生热蚀或破碎。由表2、表3、图5(c)可知，3种烧结工艺下，760 ℃/23 MPa/4 min工艺磨头的力学性能和界面结合性能最好，但其摩擦性能较差。其主要归因于：1) 过高的磨头硬度使金刚石出露速度慢，有效参与磨削金刚石数目少，单颗金刚石受对偶件力及热冲击较大，破损严重，降低了磨头磨削性能；2) 金刚石出露速度慢导致胎体与磨屑摩擦，磨屑附着在胎体表面形成第三体，增大了摩擦表面硬度，使金刚石更难出露；3) 界面反应程度过高降低了金刚石的强度和抗热冲击性，导致金刚石磨粒发生破碎和热蚀现象。
4 结论
1) 680 ℃/15 MPa/4 min工艺磨头的合金化程度较低，组成胎体的金属粉末大多是机械结合，金刚石与胎体为机械包镶，导致其力学性能较差；760 ℃/15 MPa/4 min和760 ℃/23 MPa/4 min工艺磨头的合金化程度较高，金刚石和胎体形成冶金结合，力学性能提高；760 ℃/23 MPa/4 min工艺磨头的力学性能最好。
2) 680 ℃/15 MPa/4 min 工艺磨头硬度、抗弯强度较小，机械包镶力较低且胎体磨损较快，金刚石严重脱落，摩擦磨损性能较差；760 ℃/23 MPa/4 min 工艺磨头硬度、界面反应程度过高，使胎体磨损慢、金刚石强度下降，阻碍金刚石正常出露，导致金刚石发生热蚀和破碎；760 ℃/15 MPa/4 min 工艺磨头具有最佳的耐磨匹配性和界面结合特性，摩擦磨损性能最好。
