P元素加入形式对铁基金刚石工具胎体组织性能的影响
Sn含量对Cu基金刚石锯片胎体组织与硬度的影响
Sn含量对Cu基金刚石锯片胎体组织与硬度的影响李文生;姜威;冯力;王磊;路阳【摘要】Cu-based diamond composite ultra thin sawing matrixes were prepared through uniaxial die pressing and hot pressing technology using Cu based powders mixed with Co, Fe, Cr and Sn. The microhardness of Cu-based matrixes, microstructure and composition of hot pressed materials were investigated by microhardness tester, OM, SEM and XRD. The effectof Sn content on microstructure and microhardness of hot pressed Cu-based materials was also studied. The results show that the average hardness (HV0.1) of Cu-based materials is the lowest with 2% Sn, which is 885.82 MPa, and the highest with 12% Sn, which is 1914.72 MPa under the sintering condition of 700℃ and 8.2 MPa. With increasing Sn content from 2% to 6%, the contents of Cu and Sn solid solution increase, which leads to the increase of the average hardness. With the increase of Sn content from 8% to 12%, the content of Cu and Sn solid solution decreases but the content of mesophase of Cu and Sn increases, resulting in a maximum average hardness. The melt Sn will outflow, when the content of Sn is over 8%.%以Cu为基体，加入Co，Fe，Cr，Sn粉末，改变Sn含量，经过模压成形与热压，制备Cu基金刚石超薄切锯胎体材料，用显微硬度仪、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X线衍射(XRD)表征该胎体材料的显微硬度、组织和成分，研究Sn含量对胎体组织和硬度的影响。
组分对金刚石工具铁基结合剂力学性能的影响
组分对金刚石工具铁基结合剂力学性能的影响
肖长江;王海阔;栗正新;尚秋元;朱玲艳
【期刊名称】《硅酸盐通报》
【年(卷),期】2014(33)7
【摘要】本文利用正交试验法研究了金刚石工具铁基结合剂中Cu、Ni、Sn-Zn、WC各成分对其力学性能的影响,同时分析了球磨混料时间和烧结温度对铁基结合剂力学性能的影响规律。
结果表明:混料时间为30 h、烧结温度为760℃时,铁基结合剂的抗弯强度最大,其值为457 MPa;铁基结合剂中Cu、Ni、Sn-Zn、WC各成分对其力学性能的影响程度不一,其中Cu对铁基结合剂的抗弯强度和硬度影响最大,Ni对铁基结合剂的冲击韧性的影响最大。
【总页数】4页(P1823-1826)
【关键词】铁基结合剂;正交实验;组分;力学性能
【作者】肖长江;王海阔;栗正新;尚秋元;朱玲艳
【作者单位】河南工业大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB331
【相关文献】
1.Cu含量对铝基结合剂及其金刚石工具性能的影响 [J], 徐俊杰;万隆;宋冬冬;王俊沙;李颖颖;刘莹莹
2.金刚石工具铁基结合剂的应用及展望 [J], 肖俊玲;胡国程;丘定辉
3.铸铁粉末对铁基结合剂金刚石工具性能的影响 [J], 左宏森;任瑛;翟焕焕
4.组分对铁基金刚石钻头的力学性能影响研究 [J], 刘冀
5.烧结工艺对铁基结合剂金刚石节块力学性能的影响 [J], 肖长江;赵延军;尚秋元因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
金属基金刚石工具结合剂中添加合金元素的研究进展-v11终稿
金属基金刚石工具结合剂中添加合金元素的研究进展司卫征袁慧张凤林王成勇(广东工业大学机电工程学院广州510006)摘要本文综述了金属基金刚石工具结合剂中添加各种合金元素的研究进展。
重点阐述了骨架材料、碳化物形成元素、稀土、非金属元素等在金属结合剂的作用及其影响机理。
关键词：金刚石工具，金属结合剂，合金元素Research advances of adding alloying elements in the bondof metal matrix diamond toolsSi Weizheng Yuan Hui Zhang Fenglin Wang Chengyong(Faculty of Mechanical & Electronic Engineering, Guangdong University ofTechnology, Guangzhou 510006, China)Abstract：In this paper the advances of several kinds of alloying elements added in the bond of metal matrix diamond tools are summarized. The effect and working mechanism of skeleton material, carbide-forming elements, rare-earth and non-metallic elements in the bond are discussed. Keywords: diamond tools, metal bond, alloying elements1.引言金刚石由于其极高的硬度被广泛应用于地质勘探和脆硬材料的切割、磨削及抛光等领域。
在最常用的金属基金刚石工具中，金刚石是切削元件，金属胎体用来固结切削元件，并使之有适当的出刃。
P对一种新型Ni-Fe基铸造高温合金组织和性能的影响
P对一种新型Ni-Fe基铸造高温合金组织和性能的影响肖旋;孙德山;刘状;王常帅;周兰章【摘要】Influence of P on the microstructure and mechanical properties of a newly developed cast Ni-Fe-based superalloy considered as steam turbine materials in 700℃ advanced ultra-supercritical power plants was investigated in this paper.The results show that adding of P increases the dendrite arm spacing and the segregation.After standard heat treatment,the addition of P has no influence on the major precipitates,which are γ′,MC and Ti(C,N),except promotes the p recipitation of M23C6 and reduces the size of M23C6.The tensile strength of the alloys with P properties doesn′t change dramatically,but the plasticity under 700℃/400MPa conditions decreases obviously.The change of mechanical dendrite addition keeps the same level as that without Paddition.However,the stress rupture life and coarsening and the increase of dendrite segregation are attributed to the dendrite coarsening and the increase of dendrite segregation,which reduce the strength of grain boundary and interdendritic area.%研究了P元素添加对一种700℃先进超超临界电站汽轮机气缸和阀体用新型Ni-Fe基铸造高温合金组织特征和力学性能的影响.结果表明:P元素的添加使合金枝晶组织粗化且合金元素偏析程度增大.经标准热处理后,合金的主要析出相为γ′相、MC型碳化物、M23C6型碳化物和Ti(C,N)型碳氮化物.P元素添加对析出相类型无明显影响,却增加晶界M23C6型碳化物的形核率并减小其尺寸.合金的拉伸强度随P元素的加入无明显变化,然而,700℃/400MPa条件下的持久寿命和塑性明显降低.合金力学性能的变化被归因于枝晶粗化和偏析程度增加引起的晶界和枝晶间强度降低.【期刊名称】《沈阳理工大学学报》【年(卷),期】2017(036)002【总页数】7页(P61-67)【关键词】P元素;Ni-Fe基铸造高温合金;组织特征;力学性能【作者】肖旋;孙德山;刘状;王常帅;周兰章【作者单位】沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159;中国科学院金属研究所,沈阳110016;中国科学院金属研究所,沈阳110016【正文语种】中文【中图分类】TG141面对能源危机和环境问题，通过提高蒸汽温度和压力可以显著提高火电厂的发电效率，从而实现节能减排，因此，700℃超超临界燃煤发电关键技术成为“十二五”期间重要研究方向之一[1]。
不同添加物对金属结合剂金刚石超薄砂轮胎体性能的影响
硬度， 提高 了胎体耐磨性 ； 石墨与 陶瓷造孔 剂降低了胎体硬度 ， 提高 了超薄砂 轮 的锋 利度 ； 酚醛树 脂和 Ｎ ａ Ｃ １ 有造孔作 用 ， 有利于磨
削排 屑和出刃 。 关键词 ： 金 刚石砂轮 ； 造孔剂 ； 胎 体性 能 ； 锋利度
中图分类号 ： Ｔ Ｇ １ １ ５ 文 献 标 识 码 ：Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ２ ５ ３ － ６ ０ ９ ９ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ ３ １
（ １ ． Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｍｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｕ ｒ ｇ ｙ Ｃ ｏ Ｌ ｔ ｄ ，Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ４ １ ０ ０ １ ２，Ｈ ｕ ｎ ａ ｎ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；２ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｆ ｏ
ｈ ａ ｒ ｄ ｎ ｅ ｓ ｓ ｂ ｕ ｔ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｈ ａ ｒ ｐ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｂ ｏ ｄ ｙ ，Ｎａ Ｃ１ ａ ｎ ｄ ｐ ｈ ｅ ｎ ｏ ｌ ｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ ｈ ａ ｄ ｐ ｏ ｒ ｅ — ｆ ｏ ｒ ｍｉ ｎ ｇ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ，ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｗ ａ ｓ ｈ ｅ ｌ ｐ ｆ ｕ ｌ ｔ ｏ ｇ ｉ ｒ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｃ ｈ ｉ ｐ ｒ ｅ ｍｏ ｖ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｇ ｒ ａ ｉ ｎ ｐ ｒ ｏ ｔ ｒ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｄ ｉ ａ ｍｏ ｎ ｄ ｇ ｒ ｉ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｗ ｈ ｅ ｅ ｌ ；ｐ ｏ ｒ ｅ － ￣ｒ ｍｉ ｎ ｇ ａ ｇ ｅ ｎ ｔ ；ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｔ ｒ ｙ ｏ ｆ ｗｈ ｅ ｅ ｌ ｂ ｏ ｄ ｙ；ｓ ｈ ａ ｒ ｐ ｎ ｅ ｓ ｓ
铁基胎体材料成分对其性能的影响
铁基胎体材料成分对其性能的影响摘要：孕镶金刚石钻头是一种重要的钻探工具。
其钻探效率和使用寿命受到多种因素的影响。
其中，胎体材料对地质金刚石钻头的作用不可忽视。
其胎体主要由骨架材料和粘结金属构成，本次研究设计四种铁基胎体材料；采用热压烧结法制作相应试块；进行硬度和抗弯强度测定；比较、评价胎体的性能，并分析胎体成分对性能的影响；继而讨论试验胎体材料对岩层钻探的适应性，从而使钻探中的探头能够适应越来越复杂多变的地层。
关键词：孕镶金刚石；铁基胎体材料；硬度；抗弯强度。
引言：随着社会经济的持续发展、科学技术的飞速进步，各行业对能源的需求量越来越大。
相应地质勘探钻探量的急剧增加使能源开采面临着越来越高的挑战。
金刚石钻头是广泛应用于地质勘探、能源开发的重要钻探工具。
随着地质科学和钻探技术的快速发展，未来的钻探事业将会向更深地层发展。
所遇地层的各种条件会越来越复杂多变，不可预测性愈来愈大，故而钻探中对钻头性能的要求也会相应提升。
孕镶金刚石钻头是一种重要的钻探工具，其胎体材料对地质金刚石钻头的性能影响很大，胎体材料主要由金刚石骨架材料和粘结金属构成，因此合适的胎体配方设计对制作出适应于多种地层钻探，并具有良好钻进效率和使用寿命显得尤为必要。
本次研究设计出四种不同配方的铁基胎体材料，采用较为合适的热压烧结法制作样本，对样本进行洛氏硬度和抗弯强度测定，进而分析铁基胎体材料对其性能的影响。
1.铁基胎体研究现状国内外对金刚石钻头胎体的研究项目众多，概括起来，大致可以分为以下几个方面的研究：（一）、结合机理（金属胎体与金刚石结合）；（二）、胎体合金体系；（三）、金属（合金）胎体材料的制备（烧结）方法；（四）、金属胎体材料的性能及评价体系。
就地质勘探孕镶金刚石钻头而言，以碳化钨作为胎体的骨架材料应用最为普遍。
而且，在生产实践中，碳化钨基胎体金刚石钻头收到了很不错的效果。
但是，这种钻头存在钻头应用广谱性差的缺点。
另外，近些年来碳化钨材料价格迅速升高，使得钻头生产的成本提高了很多，这就使得传统的碳化钨金刚石钻头市场竞争力和市场影响力急剧下降。
磷对铜基金刚石工具胎体性能的影响
块 边 角 出现 流 失 ， 胎体 密 度 下 降 ， 强 度下 降 ， 硬 度 则 继
续 上 升至９ ７ ． ２ ＨＲ Ｂ 。继 续 升 高 烧 结 温 度 时 ， 由 于节 块 开始跑 料 、 边角 流失 增加 ， 密度 降低 ， 低 熔点 金 属外 流 ，
６ ５ ３ ． ９ ６ ＭＰ ａ ； 胎 体硬 度则 由 ４ ０ ０。 Ｃ的８ ７ ． ６ ＨＲ Ｂ上 升 至 ４ ３ ０。 Ｃ时 的 ９ ７ ． ２ ＨＲ Ｂ， 到达最 大， 随 后 随 温 度 升 高 而 降低 。
铜粉 ： ３ ０ ０ 目、 密度 ８ ． ９ ｇ ／ ｃ ｍ。 、 纯度 ９ ９ ． ９ ９ ； 银
能够实现烧结 ， 但金 刚石在 ７ ０ ０。 Ｃ左右开始 氧化 ， 此 时开 始失重 ， 在８ ５ ０¨ Ｃ 剧 烈氧化 ］ 。且铜对 金刚石 润湿 角较
削时会发生金 刚石脱 落 ， 使实 际参 与切 削 的金 刚石 数量 减少 ， 耐磨性 降低 。针对上述问题 ， 本实验在铜基合金 胎体 中加入磷元素 ， 使胎体烧结温度降低 至 ４ ６ ０ ￣４ ０ ０℃， 磷 与铜能发生共晶反应 ， 强化胎体 ， 使其具有较高的强度 、
当烧结 温度 为 ４ ２ ０℃、 磷含 量 （ 质量 分数 ） 为 ６ 时， 结合 剂 洛 氏硬 度 达 到９ ０ ． ４ ＨＲＢ， 抗 弯 强度 达 到９ ６ ６ ． ０ ４ ＭＰ ａ ， 综 合 性 能 最佳 ； 加 入金 刚 石粒度 为３ ０ ／ ３ ５ ， 浓度 为 １ ０ ０ 时， 其 抗 弯强度 达到４ ２ ５ ． ７ ０ ＭＰ ａ 。
（ Ｈｅ ｎ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，
氧含量对金刚石工具胎体力学性能的影响
． 吻
氧 含 量 对 金 刚 石钎 焊 材料 与技 术 国家重 点 实验 室（４５０００１）
丁天然 龙 伟 民 张海 燕 马 力 张冠 星
摘要 采用粉末冶金方法制备 了铁基胎体 的金 刚石工具 ，通过检测材料 的硬 度 、抗 弯强度 、抗 剪强度等 力学性 能考察 了不 同氧含量对连接强度 的影 响。结果表 明 ，随着氧含量 的降低 ，烧结基体 的硬 度 、抗 弯强 度和抗剪 强度等 力学性能 明显增强 。当氧含量小 于 ｏ．０２％ 时，胎体断 口致密化程度很高 ，力学 性能可达到最佳。
目前 ，制 约 中 国超 硬 材 料 工 具 行 业 发 展 的瓶 颈 之 一 是 工具 材 料 和 烧 结 制备 工 艺技 术 ，尤 其 是 粉 末 材 料 的质量状态。而金属粉末 的氧含量对烧结基体颗粒 间 的界 面结 合强 度 、基体 的致 密 化 程 度 、钎料 对 金 刚 石 的 润湿 及 把持 力 等 性 能 有 显 著 影 响 ，进 而 影 响 基 体 的综 合力学性能 ，影 响工具 的使用 效率和寿命。文中通 过 在 铁基 胎体 中加 入不 同 氧含 量 的预 合 金 粉末 压 制 刀 头 来 考察 胎体 性 能 的变 化 ，从 而 准 确 获 得 氧 含 量 对 铁 基 金 刚石 工具 胎体 性能 的影 响 ¨－６］。
关 键 词 ： 氧 含 量 烧 结 基 体 连 接 强 度 中 图分 类 号 ： ＴＧ４２５
０ 前 言
在金 刚石 制 品 的 使用 过 程 中 ，金 刚石 的利 用 率 非 常低 ，这是 因 为刀头 中 的金 刚石 并 非 磨损 失 效 ，而 是 以 脱 落 的形式 大量 流失 。采用 粉 状 钎料 作 为 预合 金 粉 末 实现 对金 刚石 的扩 散 连 接 ，是 提 高金 刚石 与 胎 体 结 合 力 的有效 途径 。由于预 合金 粉 末 是 预先 熔 炼 成合 金 再 制成 的粉末 ，因 此 每 个 粉末 颗 粒 中都 包 含 了 组 成 合 金 粉末 的各 种金 属元 素 ，这 就 比机 械 混合 多 种 单 一 金 属 粉末 要均 匀得 多 ，使 用性 能也 稳定 得 多 。
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单质磷的熔点远低于烧结温度，在烧结过程中
收稿日期：2017 − 05 − 04 基金项目：国家国际科技合作计划资助项目 (2015DFA50470)
会强烈挥发，因此通常以 CuP8，FeP24 预合金粉的 形式向铁基胎体中加入 P 元素[14-15]. 而铁基胎体的 烧结温度 (800 ℃) 正好处于两种预合金粉固相线 之间，这就可能使烧结后预合金粉的形态、磷化合 物的分散度以及胎体的组织和性能产生差异. 文中 旨在通过研究 P 元素的加入形式对铁基金刚石工 具胎体组织性能的影响，为含磷预合金粉在金刚石 工具中的选用提供更多的数据支撑.
800
烧结温度 T/°C
600
400
200
0 0
Tmax = 760 °C Tmax = 800 °C Tmax = 840 °C
100 200 300 400 500 600 烧结时间 t/s
图 1 烧结胎体的热压工艺曲线 Fig. 1 Process curve of sintered matrix
70
焊接学报
第 39 卷
为确保试验具备参照性，以混合后粉末中各元 素质量分数相同为原则，将几种粉体按一定比例混 合，制成两种混合粉末，在此分别命名“CuP 混合粉”和 “FeP 混合粉”. 两种混合粉均含 90% Fe，9.2% Cu 和 0.8% P. 混合方式如表 2 所示. 利用混合粉热压烧结 的烧结胎体分别命名为“CuP 粉胎体”，“FeP 粉胎体”.
纹源而降低胎体的抗弯强度. 因此，选用 CuP8 预合金粉更有利于获得高性能铁基金刚石工具胎体.
关键词： P 元素；预合金粉；加入形式；胎体组织性能
中图分类号：TG 425
文献标识码：A
doi：10.12073/j.hjxb.2018390275
0 序 言
金刚石工具锋利度高、硬度高、耐磨性强，已在 建筑、汽车、地质、机械、电子、冶金、陶瓷等行业得 到广泛应用[1-3]，也是研究的热点问题[4-7]. 目前市面 上常见的金属基金刚石工具，根据其胎体主要成分 的可分大致为钴基、铁基、铜基三种[8]. 钴基胎体具 备优良的红硬性、包镶能力、自锐性，综合性能最 好. 但钴是战略稀缺资源，昂贵且波动较大的价格 使钴在金刚石工具中的使用受到很大限制. Fe 与 Co 属于同族元素，具有相似的晶体结构和性能，但 价格低的多，以铁代钴降低成本一直是金刚石工具 发展的趋势. 铁基胎体金刚石工具与烧结温度更 低、压延成形性更好但机械性能较差的铜基金刚石 工具构成了一个廉价的金刚石工具系列[9-10].
1 试验方法
试验所用原料包括还原铁粉、电解铜粉、自制 的 CuP8 预合金粉和河南颖川新材料科技有限公司 生产的 FeP24 预合金粉. 其化学成分及粒度特征如 表 1 所示，其中，粒度特性采用 MALVERN MS2000 型激光粒度仪进行测试.
表 1 预合金粉化学成分及粒度特性 Table 1 Chemical compositions and particlechara-
压制成的烧结胎体打磨掉氧化皮后，采用洛氏 硬度计测量硬度，利用阿基米德原理测试密度[16]， 采用 MTS C45.105 万能材料试验机根据标准 GB/ T232—2010《金属材料弯曲试验方法》测试抗弯 强度. 利用 Phenom XL 扫描电镜 (SEM) 观察胎体 组织，并使用其附带的能谱分析 (EDS) 测试元素分 布情况.
第 39 卷 第 11 期
焊接学报
Vol.39(11):069 − 072, 107
2 0 1 8 年 1 1 月 TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
November 2018
P 元素加入形式对铁基金刚石工具胎体 组织性能的影响
薛弘宇， 于新泉， 纠永涛， 钟素娟
2 试验结果与分析
2.1 胎体组织分析 根据 Fe-P 相图、Cu-P 相图可知[13]，CuP8 预合
金粉固相线为 714 ℃，主要由富铜相 (Cu) 和 Cu3P 化合物相组成；FeP24 预合金粉固相线为 1 262 ℃， 主要由 FeP，Fe2P 化合物组成. 目前工业生产中采
cteristics of pre-alloyed powder
粉末
名义化学成分w(%)
Fe
Cu
P
粒度特性d/μm (0.5) (0.9)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
FeP24预合金粉
76
—
CuP8预合金粉
—
92
还原铁粉
100 —
电解铜粉
— 100
24 14.312 31.885 8 31.528 80.127 — 60.796 109.784 — 41.261 100.906
表 2 混合粉成分 (质量分数，%) Table 2 Compositions of mixed powder
粉末名称
CuP混合粉
FeP混合粉
FeP24预合金粉
—
3.3
CuP8预合金粉
10
—
还原铁粉
90
87.5
电解铜粉
—
9.2
使用热压烧结机将混合粉压制成胎体合金块， 烧结压力 30 MPa，烧结时间 3 min，最高烧结温度 分别为 760，800，840 ℃. 烧结工艺曲线如图 1 所示.
溶体 (Cu)、Fe3C 化合物组成，加入 FeP24 的烧结胎体中还存在 Fe2P 和 FeP 化合物. P 元素加入形式对胎体性能影 响显著，向胎体中加入 CuP8，P 元素几乎全部脱离 CuP8 进入铁基体，相比于加入 FeP24 的胎体，P 元素分布更均
匀，胎体硬度、抗弯强度等性能指标均有提高. FeP24 在热压过程中会产生微裂纹，这些微裂纹可能成为基体的裂
(郑州机械研究所有限公司 新型钎焊材料及技术国家重点试验室，郑州 450001)
摘 要： 以常用的 CuP8，FeP24 两种预合金粉作为研究对象，运用 SEM，EDS，硬度和抗弯强度等研究分析手段，研
究了以不同形式加入 P 元素对铁基金刚石工具胎体组织性能的影响. 结果表明，烧结后胎体组织由 α-Fe、含铁固