花崗巖干切片鋒利型配方研究（上）①

楊志威

（北京安泰鋼研超硬材料制品有限責(zé)任公司，北京 昌平 102200）

花崗巖干切片鋒利型配方研究（上）①

楊志威

（北京安泰鋼研超硬材料制品有限責(zé)任公司，北京 昌平 102200）

文章主要研究用于花崗巖板材干切加工的金剛石圓鋸片（外徑105～125mm）刀頭配方，通過(guò)選用鐵鈷基預(yù)合金粉末及35／40粒度金剛石獲得了一種比市場(chǎng)暢銷的國(guó)內(nèi)產(chǎn)花崗巖高檔片和韓國(guó)產(chǎn)花崗巖高檔片更經(jīng)濟(jì)、更鋒利的配方，并指出結(jié)合劑較易及適度的磨損有利于鋸片出刃，切速提高。

金剛石工具；干切花崗巖；鋒利；鐵鈷基預(yù)合金粉末；易磨損

1 引言

花崗巖是一種巖漿在地表以下凝卻形成的火成巖，主要成分是長(zhǎng)石和石英?；◢弾r不易風(fēng)化，顏色美觀，外觀色澤可保持百年以上，由于其硬度高、耐磨損，除了用作高級(jí)建筑裝飾工程、大廳地面外，還是露天雕刻的首選之材；花崗巖是一種分布非常廣的巖石，世界上有許多國(guó)家出產(chǎn)花崗巖；中國(guó)9%的土地（約80多萬(wàn)平方公里）都是花崗巖巖體［1］。因此花崗巖加工成為了全世界共同研究的課題。本文將主要研究采用小規(guī)格（外徑105～125mm）金剛石圓鋸片對(duì)于花崗巖板材的切割加工，板材的厚度為16～30mm，切割工具為云石機(jī)，切割方式為干切。由于花崗巖質(zhì)地堅(jiān)硬致密、強(qiáng)度高、耐磨損，因此加工難度必定較大，而干切更加大了加工難度，為此鋸片結(jié)合劑配方的選取也就成了關(guān)鍵。目前市場(chǎng)上已有的大多數(shù)小規(guī)格花崗巖鋸片經(jīng)測(cè)試都有一個(gè)共同的弱點(diǎn)，即干切較少刀數(shù)后繼續(xù)切割，切速會(huì)逐漸變慢，直至難以切割，需二次開(kāi)刃；雖有個(gè)別鋸片可實(shí)現(xiàn)快速持續(xù)切割，但價(jià)格昂貴。我國(guó)的勞動(dòng)力成本正逐步上升，對(duì)于金剛石工具，尤其小規(guī)格鋸片而言效率正超越壽命作為首要選擇，因此有必要研究一種新的配方，可以實(shí)現(xiàn)小規(guī)格花崗巖鋸片的持續(xù)快速切割，無(wú)需二次開(kāi)刃，同時(shí)還可保證鋸片的經(jīng)濟(jì)性，利于石材加工企業(yè)的批量應(yīng)用及本公司市場(chǎng)銷售推廣。

在金屬結(jié)合劑金剛石制品中，國(guó)內(nèi)外用得最多的金屬粉是鈷，因?yàn)殁挿鄣男阅芟喈?dāng)優(yōu)良，既有較高的壽命，又能保證一定的鋒利度，同時(shí)其燒結(jié)性能又好，但是，我國(guó)因鈷的儲(chǔ)量少，大部分鈷原料要從國(guó)外進(jìn)口，因此鈷粉價(jià)格居高不下［2］。要降低成本，減少鈷粉用量，最理想的就是利用鐵粉。鐵與鈷有著相似的化學(xué)性質(zhì)，鐵與鈷的熔點(diǎn)、密度、彈性模量相近，抗拉強(qiáng)度上鈷優(yōu)于鐵，但在與金剛石工具有關(guān)的性質(zhì)如線膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)上則是鐵優(yōu)于鈷［3］，更重要的是鐵粉價(jià)格只有鈷粉的2%～2.5%，因此適當(dāng)?shù)蔫F代鈷用于金剛石工具是完全有可能的。但單質(zhì)鐵粉用于金剛石工具有較多的缺點(diǎn)，如燒結(jié)工藝可控范圍窄；高溫易腐蝕金剛石，降低金剛石強(qiáng)度；易氧化等［4］，而將鐵粉預(yù)合金化可有效削弱這些缺點(diǎn)。因此替代鈷粉最好的方法就是采用鐵鈷基預(yù)合金粉末，既可降低Co粉的成本，又可保持與Co相近的性能。

2 試驗(yàn)方法

2.1 結(jié)合劑的選取

本研究選用了國(guó)內(nèi)某一粉末公司產(chǎn)的霧化預(yù)合金粉末A，其主成分為Fe（65wt%～70wt%）Co（10wt%～15wt%）Cu（15wt%～20wt%）Sn，規(guī)格為－200目，其價(jià)格幾乎僅為鈷粉的1／4。除A粉外，加入了CuSn20合金粉（－325目）以降低燒結(jié)溫度，羰基鎳粉（費(fèi)氏粒度0.5～2.5μ）以提高結(jié)合劑強(qiáng)度。經(jīng)試驗(yàn)采用預(yù)合金粉末A用于花崗巖切割的結(jié)合劑的最佳質(zhì)量百分比為A50（CuSn20）45Ni5，定義為結(jié)合劑B。

同時(shí)將我公司近幾年較為暢銷的用于花崗巖切割的單質(zhì)粉末結(jié)合劑配方C作為研究對(duì)象，其各成分質(zhì)量百分比為Cu45Fe25Co12Sn10Ni8，其中Cu、Fe、Co及Sn粉均為－325目，Ni同樣為羰基鎳粉，費(fèi)氏粒度0.5～2.5μ。結(jié)合劑B和C成本基本相當(dāng)。

2.2 金剛石的選取

小規(guī)格（外徑105～125mm）花崗巖鋸片主要以鋒利度為主，因此選取了較低的金剛石濃度，10%～15%（工業(yè)金剛石濃度）。

由于手持鋸對(duì)切邊效果要求并不嚴(yán)格，因此采用了部分（50wt%）較粗粒度35／40的金剛石，以保證金剛石的出刃高度，提高鋸片鋒利度；其余為40／50粒度，以保證一定的壽命，將此金剛石配方定義為D。

另一種金剛石配方全部采用40／50粒度金剛石，定義為E。

在本研究中，35／40及40／50粒度均采用山東聊城昌潤(rùn)超硬材料有限公司生產(chǎn)的CRJ9006型號(hào)金剛石。

2.3 鋸片的制作

將選取好的結(jié)合劑及金剛石按比例配制，在三維混料機(jī)中混勻后，利用冷壓成型設(shè)備與鋼基體一起壓制成鋸片壓坯，將壓坯置入加壓鐘罩爐燒結(jié)（燒結(jié)溫度820℃～840℃，壓力25MPa）出金剛石鋸片半成品，隨后經(jīng)過(guò)平片、開(kāi)刃、拋光、噴漆得到金剛石鋸片成品。表1為由本公司按上述方法生產(chǎn)制作的四種花崗巖鋸片，唯一區(qū)別為配方不同，圖1為這四種鋸片的成品外觀照片。

表1 本公司生產(chǎn)的四種花崗巖鋸片的基本信息Table 1 Basic information of four kinds of granite saw blades that produced by us

圖1 外徑為105mm的花崗巖波紋鋸片成品Fig.1 Finished product of granite turbo saw blade with 105mm of outer diameter

2.4 安全性能測(cè)試

將制得的鋸片采用日本中村BESTOOLKANON電子扭力扳手DTC－N500EX進(jìn)行扳齒強(qiáng)度測(cè)試（如圖2），驗(yàn)證結(jié)合劑B的安全性。按照2010年7月版金剛石鋸片歐洲安全標(biāo)準(zhǔn)EN 13236，連續(xù)邊鋸片扳齒強(qiáng)度最小值Mb＝F×D／2，其中F為力，這兒F＝125N；D為鋸片的外徑，單位為m。本文中研究鋸片D為0.105m，得出Mb為6.56N·m，即最小扳齒強(qiáng)度為6.56N·m。

2.5 切割性能測(cè)試

圖2 外徑為105mm的花崗巖波紋片進(jìn)行扳齒強(qiáng)度測(cè)試Fig.2 Segment strength test on granite turbo saw blade with 105mm of outer diameter

切割設(shè)備為雙高云石機(jī)，功率1.2千瓦，轉(zhuǎn)速12000r／min。切割對(duì)象為“將軍紅”花崗巖，選取樣品的規(guī)格為長(zhǎng)300mm，厚20mm切割方式為干切。用秒表記錄鋸片切割每刀所需時(shí)間，用時(shí)越短，切速越快。每片切割100刀，每5刀取一平均用時(shí)。

2.6 電鏡顯微分析

通過(guò)電鏡對(duì)切割后的鋸片刀頭進(jìn)行形貌顯微觀察，分析胎體對(duì)金剛石的把持，對(duì)比金剛石相對(duì)于胎體的出露高度，說(shuō)明鋸片切速快慢的原因。

（下期續(xù)完）

［1］花崗巖.百度百科.http：／／baike.baidu.com／view／57659.htm？fr＝ala0＿1＿1.

［2］馮祖賓，夏舉學(xué)，王小軍.鐵基結(jié)合劑金剛石鋸片的研制［J］.金剛石與磨料磨具工程，1997，（98）：9－12.

［3］陳芄，呂海波，王四清.石材切割鋸片結(jié)合劑中鐵含量對(duì)金剛石把持力的影響［J］.金剛石與磨料磨具工程，1997，（98）：13－16.

［4］肖俊玲，胡國(guó)程，丘定輝.金剛石工具鐵基結(jié)合劑的應(yīng)用及展望［J］.湖南有色金屬，2002，（18）：29－31.

［5］孫毓超，宋月清.對(duì)結(jié)合劑中鈷的再認(rèn)識(shí)［J］.人工晶體學(xué)報(bào)，2002，（31）：608－615.

Study on the formular of sharp diamond saws segments for dry cutting granite

YANG Zhi－wei
（Beijing Gong Yan Diamond Products Company，Beijing102200，China）

The paper mainly studied the diamond saws（Φ105～125mm）segments formulating for dry cutting granite.Through using Fe and Co based prealloy powder bond and 35／40grain size diamond，a more economical and sharper formulating was got than one made in inland and another made in Korea ready market granite top saw，and it was pointed out that the easier and moderate wear－down of the bond was to the benefit of high protrusion of diamond grains and faster cutting.

dry cutting granite；sharp；Fe and Co based prealloy powder；35／40grain；easier wear－down

TQ164

A

1673－1433（2013）01－0030－03

2013－02－20

楊志威（1979－），男，北京安泰鋼研超硬材料制品有限責(zé)任公司工程師，主要從事超硬材料制品方面研發(fā)工作。