金剛石沈陽圓鋸片刀頭脫落的原因

金剛石圓鋸片是金剛石類工具中應(yīng)用最早的工具之一，也是目前應(yīng)用最廣泛的金剛石類鋸切工具。作為一種常用的切割工具，金剛石圓鋸片因操作簡單靈活、切割效率高而廣泛應(yīng)用于冶金、建材、交通等行業(yè)。

金剛石圓鋸片由基體和刀頭組成，刀頭多通過焊接方法與基體連接在一起?；w為帶開槽的圓盤，其材料主要為６５Ｍｎ、７５Ｃｒ１、８ＣｒＶ 等合金鋼，其熱處理工藝為淬火＋中溫回火；刀頭是由金剛石顆粒和金屬材料燒結(jié)而成的具有一定形狀的燒結(jié)體，利用金剛石顆粒壓裂、壓碎以及大面積剪崩其他材料而達(dá)到鋸切目的。

工作時(shí)，金剛石圓鋸片會受到強(qiáng)烈的沖擊與振動(dòng)，如鋸片基體材料存在缺陷或性能不佳等，會導(dǎo)致與刀頭連接處的基體斷裂，致使金剛石刀頭過早脫落，從而使得鋸片的使用壽命縮短，使用成本增加。

在采用某金剛石沈陽圓鋸片（基體材料為７５Ｃｒ１合金鋼）鋸切花崗石過程中，發(fā)生了多起刀頭從圓鋸片基體上脫落的事故。為防止類似事故再次發(fā)生，作者對刀頭脫落的原因進(jìn)行了分析，并提出了改進(jìn)措施。

１、理化檢驗(yàn)與結(jié)果

１．１　宏觀形貌

脫落刀頭的斷口處不整齊，呈灰色楔狀，如圖１所示。

１．２　化學(xué)成分

采用 ＡＲＬ－４４６０型直讀光譜儀對金剛石圓鋸片基體上刀頭脫落部位的化學(xué)成分進(jìn)行檢測，結(jié)果如表２所示。可見，各元素含量均滿足７５Ｃｒ１合金鋼的要求。

１．３　斷口的微觀形貌

采用ＬＥＯＬＪＸＡ－８４０型掃描電鏡（ＳＥＭ）觀察金剛石圓鋸片基體上刀頭脫落部位的形貌，并對其斷裂方式進(jìn)行分析。

１．４　顯微組織與顯微硬度

首先檢測金剛石圓鋸片基體上刀頭脫落部位鋼材的純凈度，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)非金屬夾雜物超標(biāo)（各類夾雜物均小于０．５級）。經(jīng)４％（體積分?jǐn)?shù)）硝酸酒精溶液腐蝕后觀察其顯微組織，可見刀頭脫落部位的基體為黑色（屈氏體）和白色（馬氏體）帶狀分布的混合組織

，且?guī)挷灰唬鐖D３所示。其中，白色帶狀區(qū)域呈灰色均勻分布，黑色帶狀區(qū)域呈黑白相間的帶狀分布。

采用 ＨＭＶ－２Ｔ 型 顯 微 硬 度 計(jì) 測 定 顯 微 硬 度。結(jié)果顯 示，白 色 帶 狀 區(qū) 域 的 硬 度 為 ４８０～５００ ＨＶ（４８～４９ＨＲＣ），黑色 區(qū)域的為３１０～３２０ ＨＶ（３３～３４ＨＲＣ）。

正常金剛石圓鋸片基體的組織分布均勻，為回火索氏體組織。經(jīng)測定可知其硬度為３１０～３２０ＨＶ（３３～３４ＨＲＣ）。

２、斷裂原因分析

金剛石圓鋸片是徑厚比非常大（一般都在 ２００以上）的薄板件，可按平面應(yīng)力問題對其進(jìn)行受力分析。在水平和豎直方向有：金剛石圓 鋸 片 在 鋸 切 過 程 中 承 受 離 心 力、鋸切力等交變載荷的作用。外載荷在鋸片內(nèi)形成不同的應(yīng)力區(qū)，這些應(yīng)力都屬于鋸片的平面應(yīng)力，包括制造過程殘留的加工應(yīng)力、適張應(yīng)力、回轉(zhuǎn)應(yīng)力和熱應(yīng)力。

金剛石圓鋸片的鋸切工藝參數(shù)是影響刀頭脫落的一個(gè)主要因素。由于 圓鋸 片屬于典型的超薄零件，當(dāng)在其圓周方向存在壓應(yīng)力時(shí)，鋸片變形后呈波浪狀；在半徑方向存在壓應(yīng)力時(shí)，鋸片變形后呈碟狀。這兩種變形都會造成切面不平、工件材料浪費(fèi)多、鋸切時(shí)噪聲大、振動(dòng)加劇，甚至導(dǎo)致鋸片早期破損、壽命降低等。

為準(zhǔn)確驗(yàn)證鋸切工藝參數(shù)是否為該廠金剛石圓鋸片刀頭脫落的原因，在試驗(yàn)過程中采用的鋸切參數(shù)均為標(biāo)準(zhǔn)鋸切參數(shù)，如表３所示。同時(shí)，針對不同熱處理批次的鋸片采用相同的鋸切參數(shù)在相同的環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)部分熱處理批次的圓鋸片刀頭脫落，而其余部分刀頭未脫落。這表明不恰當(dāng)?shù)臒崽幚砉に噷?dǎo)致了刀頭在鋸切過程中過早脫落。

通過以上分析可知，金剛石圓鋸片基體中的各元素含量均滿足７５Ｃｒ１合金鋼的要求，排除了鋸片基體材料本身缺陷的因素；其次，斷口呈脆性斷裂，金剛石圓鋸片基體上刀頭脫落處為白色和黑色帶狀區(qū)域的混合組織，且白色 區(qū)域與黑色 區(qū)域的硬度差異明顯，

而正常金剛石圓鋸片基體的顯微組織和硬度都比較均勻。

據(jù)此，由于淬火時(shí)間不足，在低碳、低合金的鐵素體帶區(qū)奧氏體化時(shí)，鐵素體帶區(qū)的碳含量和合金元素含量均低于珠光體 帶區(qū)的，淬 火后就形成了馬氏體與屈氏體的帶狀混合組織；由于馬氏體與屈氏體的硬 度 差異大，所以鋸片內(nèi)的組織應(yīng)力很大，在鋸切過程中，基體外圓區(qū)域易發(fā)生脆性斷裂。

３、結(jié)論與建議

金鋼石沈陽圓鋸片刀頭脫落主要是由于鋸片基體的熱處理工藝不當(dāng)所致。

為了獲得鋸切性能優(yōu)良的金剛石圓鋸片，建議對鋸片基體進(jìn)行熱處理時(shí)采取如下措施：

1、適當(dāng)延長圓鋸片基體的奧氏體化保溫時(shí)間，以減少帶狀組織的影響；

2、必要時(shí)可在淬火前增加一道高溫退火工序，以減少或消除鋸片中的帶狀組織。