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，通過選用鐵鈷基預合金粉末及35／40粒度金剛石獲得了一種比市場暢銷的國內產花崗巖高檔片和韓國產花崗巖高檔片更經濟、更鋒利的配方，并指出結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，主要成分是長石和石英。花崗巖不易風化，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，世界上有許多國家出產花崗巖；中國9%的土地（約80多萬平方公里）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格（外徑105～125mm）金剛石圓鋸片對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，切割方式為干切。由于花崗巖質地堅硬致密、強度高、耐磨損，因此加工難度必定較大，而干切更加大了加工難度，為此鋸片結合劑配方的選取也就成了關鍵。目前市場上已有的大多數小規格花崗巖鋸片經測試都有一個共同的弱點，即干切較少刀數后繼續切割，切速會逐漸變慢，直至難以切割，需二次開刃；雖有個別鋸片可實現快速持續切割，但價格昂貴。我國的勞動力成本正逐步上升，對于金剛石工具，尤其小規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，可以實現小規格花崗巖鋸片的持續快速切割，無需二次開刃，同時還可保證鋸片的經濟性，利于石材加工企業的批量應用及本公司市場銷售推廣。

在金屬結合劑金剛石制品中，國內外用得最多的金屬粉是鈷，因為鈷粉的性能相當優良，既有較高的壽命，又能保證一定的鋒利度，同時其燒結性能又好，但是，我國因鈷的儲量少，大部分鈷原料要從國外進口，因此鈷粉價格居高不下［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性質，鐵與鈷的熔點、密度、彈性模量相近，抗拉強度上鈷優于鐵，但在與金剛石工具有關的性質如線膨脹系數、導熱系數上則是鐵優于鈷［3］，更重要的是鐵粉價格只有鈷粉的2%～2.5%，因此適當的鐵代鈷用于金剛石工具是完全有可能的。但單質鐵粉用于金剛石工具有較多的缺點，如燒結工藝可控范圍窄；高溫易腐蝕金剛石，降低金剛石強度；易氧化等［4］，而將鐵粉預合金化可有效削弱這些缺點。因此替代鈷粉最好的方法就是采用鐵鈷基預合金粉末，既可降低Co粉的成本，又可保持與Co相近的性能。

2 試驗方法

2.1 結合劑的選取

本研究選用了國內某一粉末公司產的霧化預合金粉末A，其主成分為Fe（65wt%～70wt%）Co（10wt%～15wt%）Cu（15wt%～20wt%）Sn，規格為－200目，其價格幾乎僅為鈷粉的1／4。除A粉外，加入了CuSn20合金粉（－325目）以降低燒結溫度，羰基鎳粉（費氏粒度0.5～2.5μ）以提高結合劑強度。經試驗采用預合金粉末A用于花崗巖切割的結合劑的最佳質量百分比為A50（CuSn20）45Ni5，定義為結合劑B。

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

2.2 金剛石的選取

小規格（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%（工業金剛石濃度）。

由于手持鋸對切邊效果要求并不嚴格，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超硬材料有限公司生產的CRJ9006型號金剛石。

2.3 鋸片的制作

將選取好的結合劑及金剛石按比例配制，在三維混料機中混勻后，利用冷壓成型設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（燒結溫度820℃～840℃，壓力25MPa）出金剛石鋸片半成品，隨后經過平片、開刃、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制作的四種花崗巖鋸片，唯一區別為配方不同，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 安全性能測試

將制得的鋸片采用日本中村BESTOOLKANON電子扭力扳手DTC－N500EX進行扳齒強度測試（如圖2），驗證結合劑B的安全性。按照2010年7月版金剛石鋸片歐洲安全標準EN 13236，連續邊鋸片扳齒強度最小值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，即最小扳齒強度為6.56N·m。

2.5 切割性能測試

圖2 外徑為105mm的花崗巖波紋片進行扳齒強度測試Fig.2 Segment strength test on granite turbo saw blade with 105mm of outer diameter

切割設備為雙高云石機，功率1.2千瓦，轉速12000r／min。切割對象為“將軍紅”花崗巖，選取樣品的規格為長300mm，厚20mm切割方式為干切。用秒表記錄鋸片切割每刀所需時間，用時越短，切速越快。每片切割100刀，每5刀取一平均用時。

2.6 電鏡顯微分析

通過電鏡對切割后的鋸片刀頭進行形貌顯微觀察，分析胎體對金剛石的把持，對比金剛石相對于胎體的出露高度，說明鋸片切速快慢的原因。

（下期續完）

［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，王小軍.鐵基結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.石材切割鋸片結合劑中鐵含量對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，胡國程，丘定輝.金剛石工具鐵基結合劑的應用及展望［J］.湖南有色金屬，2002，（18）：29－31.

［5］孫毓超，宋月清.對結合劑中鈷的再認識［J］.人工晶體學報，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任公司工程師，主要從事超硬材料制品方面研發工作。