金剛石圓鋸片工作層預合金粉與焊接層粉連接性能研究

祝文劍

(1.桂林特邦新材料有限公司 ,廣西 桂林 541004;2.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司 廣西超硬材料重點實驗室，廣西 桂林 541004;3.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司 國家特種礦物材料工程技術研究中心，廣西 桂林 541004)

0 引言

金剛石圓鋸片作為超硬材料工具之一，現(xiàn)已廣泛應用在各行各業(yè)的方方面。金剛石鋸片現(xiàn)已廣泛應用于石材、玻璃、陶瓷、晶體、寶石、鑄鐵等材料的加工以及房屋、道路、橋梁等工程施工中[1]。

使用激光金剛石鋸片首當其沖需要解決安全問題[2]。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，如焊接或者刀頭強度不夠，在以上沖擊力的作用下，刀頭會脫落飛濺出來傷到操作人員，造成安全事故[3]。而要解決該安全問題就要保證鋸片刀頭焊接及刀頭自身強度的問題；預合金粉作為金剛石圓鋸片刀頭的主要成分被大量使用，是因為燒結(jié)溫度低,燒結(jié)時間短,電耗大大降低等原因[4]。其燒結(jié)后的強度性能至關重要，影響著鋸片刀頭的強度。

本次研究內(nèi)容為，采用不同兩家同種成分預合金工作層粉料在不同燒結(jié)工藝下的各自性能對比。其中溫度是影響金剛石工具刀頭胎體燒結(jié)質(zhì)量的重要因素,溫度對預合金粉末的擴散行為有顯著影響[5]。通過試驗兩家預合金工作層粉料與非工作層粉料在不同溫度下燒結(jié)后結(jié)合性能的對比，檢測燒結(jié)試驗塊的抗彎強度、燒結(jié)致密度以及斷裂時間、試驗塊斷面情況，并進行分析判斷。

1 工作層粉料強度性能研究

1.1 A廠家工作層粉料性能研究

試驗分為三組，每組6塊試驗塊。將A廠家的工作層粉料根據(jù)密度計算出每塊冷壓胚的重量，冷壓后燒結(jié)，理論規(guī)格尺寸30mm×12mm×6mm的長方體。燒結(jié)后去毛刺，測量燒結(jié)后實際尺寸，稱實際重量。使用萬能材料試驗機進行三點抗彎強度測試。

試驗塊分別按800℃、830℃、850℃工藝燒結(jié)，燒結(jié)工藝除溫度不同，其他參數(shù)一致。檢測三組試驗塊在不同燒結(jié)溫度下的性能。

三組試驗塊的三點抗彎強度測試數(shù)據(jù)分別如表1到表3。

表1 A粉料800℃燒結(jié)工藝試驗塊數(shù)據(jù)

表2 A粉料830℃燒結(jié)工藝試驗塊數(shù)據(jù)

表3 A粉料850℃燒結(jié)工藝試驗塊數(shù)據(jù)

從以上三表中抗彎強度的平均值分析可以看出，其抗彎強度相差較大，A粉料在低溫(相對)時性能相對較好。

以下是A粉料試驗塊在不同溫度燒結(jié)工藝時的試驗塊斷面圖。

圖1 A粉料800℃燒結(jié)試驗塊斷面

圖2 A粉料830℃燒結(jié)試驗塊斷面

圖3 A粉料850℃燒結(jié)試驗塊斷面

1.2 B廠家工作層粉料性能研究

B廠家工作層粉料實驗條件與A廠家工作層粉實驗條件相同，但是只做了兩組對比試驗，分別是800℃和850℃的燒結(jié)工藝試驗快。B廠家工作層粉料兩組試驗塊的三點抗彎強度測試數(shù)據(jù)分別如下表：

表4 B粉料800℃燒結(jié)工藝試驗塊數(shù)據(jù)

表5 B粉料850℃燒結(jié)工藝試驗塊數(shù)據(jù)

從表中數(shù)據(jù)看出，B廠家的抗彎強度在800℃與850℃時相差不大，說明其在較大的溫度范圍內(nèi)有很好穩(wěn)定性。

以下是B粉料試驗塊在不同溫度燒結(jié)工藝時的實驗塊斷面圖。

圖4 B粉料800℃燒結(jié)試驗塊斷面圖

圖5 B粉料850℃燒結(jié)試驗塊斷面

從圖片中可以發(fā)現(xiàn)兩種A、B粉料試驗塊斷裂面的區(qū)別是，A的斷裂面相對粗糙，B的較細膩。

2 工作層粉料A與B比例混合后的性能研究

將工作層粉料A與B不同比例混合后，相同溫度燒結(jié)；相同比例不同溫度燒結(jié)進行對比。分別是4∶6、3∶7比例時用800℃、820℃、850℃燒結(jié)工藝燒結(jié)。

表6 比例4∶6時800℃燒結(jié)工藝試驗塊數(shù)據(jù)

表7 比例3∶7時800℃燒結(jié)工藝試驗塊數(shù)據(jù)

表8 比例4∶6時820℃燒結(jié)工藝試驗塊數(shù)據(jù)

表9 比例3∶7時820℃燒結(jié)工藝試驗塊數(shù)據(jù)

表10 比例4∶6時850℃燒結(jié)工藝試驗塊數(shù)據(jù)

表11 比例3∶7時850℃燒結(jié)工藝試驗塊數(shù)據(jù)

從以上數(shù)據(jù)分析，在800℃時，A、B比例的多少對其性能影響較小，在850℃時B的比例占比多少對其性能有明顯影響。

3 非工作層粉料強度性能研究

非工作層粉料C與A、B不是同種材料，其韌性較好，三點抗彎強度測試未斷裂時，其抗彎強度已經(jīng)遠超A、B粉料。以下是其850℃燒結(jié)工藝時的試驗塊數(shù)據(jù)。

表12 C粉料850℃燒結(jié)工藝試驗塊數(shù)據(jù)

4 工作層粉料A與非工作層結(jié)合面強度性能研究

由于實際生產(chǎn)中B粉料和C粉料的產(chǎn)品強度是達到要求的，A粉料與C粉料的產(chǎn)品檢驗時其強度有時是達不到強度要求的，故只研究A與C結(jié)合強度。前面分析可知A的燒結(jié)溫度較低時其抗彎強度較好，現(xiàn)在做780℃與800℃兩組試驗。

將A、C兩種粉料冷壓后燒結(jié)成試驗塊進行三點抗彎強度測試，測試其連接強度。

從表13與表14，圖6到8中分析，表14序號2試驗塊抗彎強度偏低，主要是試驗塊斷裂位置在工作層粉料A處斷裂，斷裂處非兩種材料結(jié)合面處；表13序號6試驗塊抗彎強度最大，從圖8中可看出A與C粉料相互包裹，C粉料增大了其抗彎強度。

表13 A與C粉料780℃燒結(jié)工藝試驗塊數(shù)據(jù)

表14 A與C粉料800℃燒結(jié)工藝試驗塊數(shù)據(jù)

圖6 “表13”序號1試驗塊斷裂面

圖7 “表14”序號2試驗塊斷裂位置

圖8 “表13”序號6試驗塊斷裂面

5 結(jié)論

通過以上實驗數(shù)據(jù)和圖表分析，可得出的結(jié)論是，工作層粉料A的穩(wěn)定性不如B，A粉料對溫度較敏感，高溫對其性能較大。而B粉料對溫度的適應范圍廣，高溫和低溫時性能依然穩(wěn)定。A和B混合時，B的占比越多，其性能越好；由于B比A價格較貴，A與B混合后在達到強度要求時，用作生產(chǎn)，可降低生產(chǎn)成本。A粉料與C粉料在較低溫度時的結(jié)合度是能達到要求的，如果A粉料的單獨性能能夠接近B的性能，使用B代替A還能繼續(xù)降低成本。