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金刚石雷竞技圆锯片刀头脱落的原因

2018-07-13  来自: 雷竞技达利顺机电设备有限公司 浏览次数:321
金刚石圆锯片是金刚石类工具中应用最早的工具之一,也是目前应用最广泛的金刚石类锯切工具。作为一种常用的切割工具,金刚石圆锯片因操作简单灵活、切割效率高而广泛应用于冶金、建材、交通等行业。金刚石圆锯片由基体和刀头组成,刀头多通过焊接方法与基体连接在一起。基体为带开槽的圆盘,其材料主要为65Mn、75Cr1、8CrV 等合金钢,其热处理工艺为淬火+中温回火;刀头是由金刚石颗粒和金属材料烧结而成的具有一定形状的烧结体,利用金刚石颗粒压裂、压碎以及大面积剪崩其他材料而达到锯切目的。工作时,金刚石圆锯片会受到强烈的冲击与振动,如锯片基体材料存在缺陷或性能不佳等,会导致与刀头连接处的基体断裂,致使金刚石刀头过早脱落,从而使得锯片的使用寿命缩短,使用成本增加。在采用某金刚石雷竞技圆锯片(基体材料为75Cr1合金钢)锯切花岗石过程中,发生了多起刀头从圆锯片基体上脱落的事故。为防止类似事故再次发生,作者对刀头脱落的原因进行了分析,并提出了改进措施。1、理化检验与结果1.1 宏观形貌脱落刀头的断口处不整齐,呈灰色楔状,如图1所示。
1.2 化学成分采用 ARL-4460型直读光谱仪对金刚石圆锯片基体上刀头脱落部位的化学成分进行检测,结果如表2所示。可见,各元素含量均满足75Cr1合金钢的要求。
1.3 断口的微观形貌采用LEOLJXA-840型扫描电镜(SEM)观察金刚石圆锯片基体上刀头脱落部位的形貌,并对其断裂方式进行分析。1.4 显微组织与显微硬度首先检测金刚石圆锯片基体上刀头脱落部位钢材的纯净度,结果未发现非金属夹杂物超标(各类夹杂物均小于0.5级)。经4%(体积分数)硝酸酒精溶液腐蚀后观察其显微组织,可见刀头脱落部位的基体为黑色(屈氏体)和白色(马氏体)带状分布的混合组织,且带宽不一,如图3所示。其中,白色带状区域呈灰色均匀分布,黑色带状区域呈黑白相间的带状分布。
采用 HMV-2T 型 显 微 硬 度 计 测 定 显 微 硬 度。结果显 示,白 色 带 状 区 域 的 硬 度 为 480~500 HV(48~49HRC),黑色 区域的为310~320 HV(33~34HRC)。正常金刚石圆锯片基体的组织分布均匀,为回火索氏体组织。经测定可知其硬度为310~320HV(33~34HRC)。
2、断裂原因分析金刚石圆锯片是径厚比非常大(一般都在 200以上)的薄板件,可按平面应力问题对其进行受力分析。在水平和竖直方向有:金刚石圆 锯 片 在 锯 切 过 程 中 承 受 离 心 力、锯切力等交变载荷的作用。外载荷在锯片内形成不同的应力区,这些应力都属于锯片的平面应力,包括制造过程残留的加工应力、适张应力、回转应力和热应力。金刚石圆锯片的锯切工艺参数是影响刀头脱落的一个主要因素。由于 圆锯 片属于典型的超薄零件,当在其圆周方向存在压应力时,锯片变形后呈波浪状;在半径方向存在压应力时,锯片变形后呈碟状。这两种变形都会造成切面不平、工件材料浪费多、锯切时噪声大、振动加剧,甚至导致锯片早期破损、寿命降低等。为准确验证锯切工艺参数是否为该厂金刚石圆锯片刀头脱落的原因,在试验过程中采用的锯切参数均为标准锯切参数,如表3所示。同时,针对不同热处理批次的锯片采用相同的锯切参数在相同的环境下进行试验,结果发现部分热处理批次的圆锯片刀头脱落,而其余部分刀头未脱落。这表明不恰当的热处理工艺导致了刀头在锯切过程中过早脱落。通过以上分析可知,金刚石圆锯片基体中的各元素含量均满足75Cr1合金钢的要求,排除了锯片基体材料本身缺陷的因素;其次,断口呈脆性断裂,金刚石圆锯片基体上刀头脱落处为白色和黑色带状区域的混合组织,且白色 区域与黑色 区域的硬度差异明显,而正常金刚石圆锯片基体的显微组织和硬度都比较均匀。
据此,由于淬火时间不足,在低碳、低合金的铁素体带区奥氏体化时,铁素体带区的碳含量和合金元素含量均低于珠光体 带区的,淬 火后就形成了马氏体与屈氏体的带状混合组织;由于马氏体与屈氏体的硬 度 差异大,所以锯片内的组织应力很大,在锯切过程中,基体外圆区域易发生脆性断裂。
3、结论与建议金钢石雷竞技圆锯片刀头脱落主要是由于锯片基体的热处理工艺不当所致。为了获得锯切性能优良的金刚石圆锯片,建议对锯片基体进行热处理时采取如下措施:1、适当延长圆锯片基体的奥氏体化保温时间,以减少带状组织的影响;2、必要时可在淬火前增加一道高温退火工序,以减少或消除锯片中的带状组织。 
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