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用最早的工具之一，也是目前應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用于冶金、建材、交通等行業。

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。基體為帶開槽的圓盤，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而成的具有一定形狀的燒結體，利用金剛石顆粒壓裂、壓碎以及大面積剪崩其他材料而達到鋸切目的。

工作時，金剛石圓鋸片會受到強烈的沖擊與振動，如鋸片基體材料存在缺陷或性能不佳等，會導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生，作者對刀頭脫落的原因進行了分析，并提出了改進措施。

１、理化檢驗與結果

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成分進行檢測，結果如表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，結果未發現非金屬夾雜物超標（各類夾雜物均小于０．５級）。經４％（體積分數）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

，且帶寬不一，如圖３所示。其中，白色帶狀區域呈灰色均勻分布，黑色帶狀區域呈黑白相間的帶狀分布。

采用 ＨＭＶ－２Ｔ 型 顯 微 硬 度 計 測 定 顯 微 硬 度。結果顯 示，白 色 帶 狀 區 域 的 硬 度 為 ４８０～５００ ＨＶ（４８～４９ＨＲＣ），黑色 區域的為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，可按平面應力問題對其進行受力分析。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。外載荷在鋸片內形成不同的應力區，這些應力都屬于鋸片的平面應力，包括制造過程殘留的加工應力、適張應力、回轉應力和熱應力。

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

為準確驗證鋸切工藝參數是否為該廠金剛石圓鋸片刀頭脫落的原因，在試驗過程中采用的鋸切參數均為標準鋸切參數，如表３所示。同時，針對不同熱處理批次的鋸片采用相同的鋸切參數在相同的環境下進行試驗，結果發現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。這表明不恰當的熱處理工藝導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域的混合組織，且白色 區域與黑色 區域的硬度差異明顯，

而正常金剛石圓鋸片基體的顯微組織和硬度都比較均勻。

據此，由于淬火時間不足，在低碳、低合金的鐵素體帶區奧氏體化時，鐵素體帶區的碳含量和合金元素含量均低于珠光體 帶區的，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，所以鋸片內的組織應力很大，在鋸切過程中，基體外圓區域易發生脆性斷裂。

３、結論與建議

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所致。

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

1、適當延長圓鋸片基體的奧氏體化保溫時間，以減少帶狀組織的影響；

2、必要時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。