CN110421148B - 一种预置合金碎片形成锯片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种预置合金碎片形成锯片的方法，属于切削工具的技术领域。本发明的预置合金碎片形成锯片的方法包括以下步骤：在锯片基体周向边缘预置硬质合金碎粒；用金属结合剂熔体浇铸所述硬质合金碎粒。本发明的方法不同于传统的烧结和钎焊工艺，无需采用专用的烧结粉末或粉末，通过熔体浇铸形成的锯片不仅与基体具有良好的冶金结合，而且与预置合金碎片的结合力优异，显著提高了锯片的使用寿命。

Description

一种预置合金碎片形成锯片的方法
技术领域
本发明涉及切削工具的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种预置合金碎片形成锯片的方法。
背景技术
硬质合金具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，被誉为“工业牙齿”，广泛用于制造切削工具、刀具等切割加工工具。在现有技术中，硬质合金锯片(圆锯片)通常采用烧结工艺形成，烧结工艺是指将硬质合金碎粒与金属结合剂粉末的混合料与锯片基体放置在模具中压制成型后在烧结炉中无压烧结或热压烧结而成，烧结工艺不仅生产效率较低，而且原料粉末需要采用专门设备进行混料并且需要进行造粒(未经造粒的粉末，粉末的流动性较差，在热压时容易出现收缩变形，硬度偏差大等问题)，另外烧结的硬质合金碎粒通常只是机械地包埋、镶嵌于金属结合剂的胎体中，把持力较小，容易导致硬质合金碎粒过早脱落。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种预置合金碎片形成锯片的方法。
本发明的预置合金碎片形成锯片的方法，包括以下步骤：
(1)在锯片基体周向边缘预置硬质合金碎粒；
(2)用金属结合剂熔体浇铸所述硬质合金碎粒。
其中，在步骤(1)中，多个锯片基体堆叠成层叠结构，并且相邻的锯片基体之间设置有石墨垫片。
其中，在步骤(2)中，所述金属结合剂熔体的温度为金属结合剂熔点以上50℃～150℃。
其中，所述硬质合金碎粒为W、W合金、W合金钢中的至少一种。
其中，所述硬质合金碎粒中掺杂有硼粉、碳粉、硅粉和/或玻璃粉。所述硼粉、碳粉、硅粉和/或玻璃粉的重量为所述硬质合金碎粒重量的1.0～30.0wt％，优选为5.0～25.0wt％。
其中，所述锯片基体材质为碳钢或低合金钢，例如65Mn、50Cr2V、75Cr1、8CrV、30CrMo。
其中，所述金属结合剂为铁基合金。
本发明还涉及由上述方法制备得到的锯片以及该锯片的应用，其应用于石材、混凝土、陶瓷等材料的切割加工。
与现有技术相比，本发明的预置合金碎片形成锯片的方法具有以下有益效果：
本发明的方法不同于传统的烧结和钎焊工艺，无需采用专用的烧结粉末或粉末，通过熔体浇铸形成的锯片不仅与基体具有良好的冶金结合，而且与预置合金碎片的结合力优异，显著提高了锯片的使用寿命。
附图说明
图1为用于形成本发明的硬质合金锯片的方法的示意图。
图2为实施例1形成的硬质合金锯片中基体与合金碎粒层界面处的截面视图。
图3为实施例2形成的硬质合金锯片中基体与合金碎粒层界面处的截面视图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明的预置合金碎片形成锯片的方法做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所示，本发明提供了一种预置合金碎片形成锯片的方法，该方法首先提供石墨模具50，在石墨模具50内沿着高度方向堆叠多层金属锯片基体10形成堆叠结构，相邻的金属锯片基体10之间设置有石墨垫片30，所述石墨垫片具有与金属锯片基体10基本相同的直径，或者所述石墨垫片的直径稍小于所述金属锯片基体的直径。在本发明中，锯片基体材质可为碳钢或低合金钢，例如常用作锯片基体的钢料65Mn、50Cr2V、75Cr1、8CrV、30CrMo等。另外，由于在本发明中通常不用担心基体与锯片工作层之间的结合力，也无需焊接，因而在本发明中，使用的锯片基体还可以选择其他焊接性能较大，但尺寸稳定性、可加工性好的钢基体，在本发明中并不受具体的限制。将所述金属锯片基体10堆叠在石墨模具中从而在堆叠结构与所述石墨模具内壁之间形成间隙，所述间隙可以根据金属锯片基体以及石墨模具的内径进行调节，而根据所需的锯片工作层的要求，所述间隙的值可设定为2～5mm，在该间隙中预置硬质合金碎粒20，该硬质合金碎粒优选为W、W合金、W合金钢中的至少一种，其可由回收或废弃的钨合金钢制备得到，钨合金钢经过爆破后，在经过破碎、粉碎工艺然后通过筛分即可得到所需的钨合金钢碎粒，在本发明应用于锯片的钨合金钢碎粒的粒径为100～150μm，优选为150～420μm。在堆叠结构的上方可用石墨材料等遮挡覆盖。在本发明中所述硬质合金碎粒中掺杂有硼粉、碳粉、硅粉和/或玻璃粉。所述硼粉、碳粉、硅粉和/或玻璃粉的重量为所述硬质合金碎粒重量的1.0～30.0wt％，优选为5.0～25.0wt％。由于通过熔体浇铸形成的锯片工作层的机械强度较高，孔隙较少，在切割石材、混凝土、陶瓷等等材料往往表现出钝性，难以充分发挥硬质合金碎粒的切割性能，通过添加上述硼粉、碳粉、硅粉和/或玻璃粉，能够促进硬质合金碎粒的“出刃”，从而有利于发挥其切割性能。在用金属结合剂之前，优选地将设置有上述堆叠结构的石墨模具进行预热，预热的温度通常低于熔融的金属结合剂的温度，例如预热的温度为熔融的金属结合剂的温度以下200～350℃，然后用熔融的金属结合剂浇铸所述预置的硬质合金碎粒形成锯片工作层，在本发明中，所述熔融的金属结合剂的温度为金属结合剂熔点以上50℃～150℃，保持上述温度能维持熔融的金属结合剂的良好的流动性，以保证形成的锯片工作层的质量。在本发明中，所述金属结合剂优选为铁基合金，铁基合金不仅价格便宜，而且通过熔体浇铸能够获得足够的机械强度，上述铁基合金可采用废弃或回收的合金，无需采用粉末原料，只要能够在加热炉内加热熔融即可，因而可以减少粉末原料的采购成本。作为优选地，所述铁基合金的元素组成为：0.5～1.5wt％的C、5.0～18.0wt％的Cr、10.0～20.0wt％的Cu、1.5～5.0wt％的Mn、1.5～4.0wt％的B、1.2～5.0wt％的Si，余量为Fe。该铁基合金中添加有适量的Cu，不仅可以降低铁基合金的熔点提高金属结合剂的流动性，而且通过适当降低锯片工作层的机械性能，提高散热性能，进而也显著提高了锯片的切割速度。浇铸冷却后，通过机加工去除石墨垫片外边缘的材料，可以将相邻金属锯片进行分离，而石墨垫片通过研磨去除粘连的金属结合剂可回收利用，以节约成本。通过本发明的制备方法制备得到的锯片工作层中，根据预置的硬质合金碎片的填充程度(松装程度)，该锯片工作层，所述硬质合金碎片可具有10～80v％的体积百分比，作为优选地，所述硬质合金碎片可具有25～75v％的体积百分比。
实施例1
本实施例涉及一种硬质合金锯片的制备。采用65Mn钢作为锯片基体，锯片基体为圆形，直径为180mm，厚度为2mm，所述锯片基体中心开设轴孔，轴孔的直径为22mm。准备一个内径为185mm的石墨模具以及直径尺寸为180mm的石墨垫片，石墨垫片的厚度为1mm。在石墨模具内沿着高度方向依次堆叠上述65Mn钢基体10以及石墨垫片形成堆叠结构，并在堆叠结构上设置石墨帽盖作为浇铸的保护装置，在堆叠结构与石墨模具之间的间隙中填充钨合金钢碎片(平均粒径为355μm)，并且添加相当于钨合金钢碎片重量10wt％的硅粉。在浇铸之前，首先将石墨模具加热至850℃进行预热。另外，将浇铸部件放置于石墨模具上，通过浇铸部件的浇铸口向预置的钨合金钢碎片浇铸铁基合金(1.2wt％的C、10.0wt％的Cr、20.0wt％的Cu、3.2wt％的Mn、2.5wt％的B、3.0wt％的Si，余量为Fe)，该铁基自熔合金结合剂加热至约1180℃形成熔体并通过浇铸部件的缩颈口浇铸到预置的钨合金钢碎片的孔隙中，然后冷却，之后通过机加工(例如金刚石工具)去除石墨垫片外边缘的材料，将制备得到的硬质合金锯片进行分离，图2示出了采用本实施例的制备方法得到的硬质合金锯片中65Mn钢基体与形成的硬质合金工作层之间的结合界面，从该图可以看出二者之间形成了连续完美的冶金结合界面，制备得到的硬质合金锯片中钨合金钢碎片的体积分数约为35％。
实施例2
本实施例涉及一种硬质合金锯片的制备。采用65Mn钢作为锯片基体，锯片基体为圆形，直径为180mm，厚度为2mm，所述锯片基体中心开设轴孔，轴孔的直径为22mm。准备一个内径为185mm的石墨模具以及直径尺寸为180mm的石墨垫片，石墨垫片的厚度为1mm。在石墨模具内沿着高度方向依次堆叠上述65Mn钢基体10以及石墨垫片形成堆叠结构，并在堆叠结构上设置石墨帽盖作为浇铸的保护装置，在堆叠结构与石墨模具之间的间隙中填充钨合金钢碎片(平均粒径为355μm)，并且添加相当于钨合金钢碎片重量20wt％的硅粉。在浇铸之前，首先将石墨模具加热至850℃进行预热。另外，将浇铸部件放置于石墨模具上，通过浇铸部件的浇铸口向预置的钨合金钢碎片浇铸铁基合金(1.0wt％的C、10.0wt％的Cr、20.0wt％的Cu、3.2wt％的Mn、2.5wt％的B、3.0wt％的Si，余量为Fe)，该铁基自熔合金结合剂加热至约1180℃形成熔体并通过浇铸部件的缩颈口浇铸到预置的钨合金钢碎片的孔隙中，然后冷却，之后通过机加工(例如金刚石工具)去除石墨垫片外边缘的材料，将制备得到的硬质合金锯片进行分离，图3示出了采用本实施例的制备方法得到的硬质合金锯片中65Mn钢基体与形成的硬质合金工作层之间的结合界面，从该图可以看出二者之间形成了连续完美的冶金结合界面，制备得到的硬质合金锯片中钨合金钢碎片的体积分数约为35％。
对比例1
本对比例涉及一种硬质合金锯片的制备。采用65Mn钢作为锯片基体，锯片基体为圆形，直径为180mm，厚度为2mm，所述锯片基体中心开设轴孔，轴孔的直径为22mm。准备一个内径为185mm的石墨模具以及直径尺寸为180mm的石墨垫片，石墨垫片的厚度为1mm。在石墨模具内沿着高度方向依次堆叠上述65Mn钢基体10以及石墨垫片形成堆叠结构，并在堆叠结构上设置石墨帽盖作为浇铸的保护装置，在堆叠结构与石墨模具之间的间隙中填充钨合金钢碎片(平均粒径为355μm)。在浇铸之前，首先将石墨模具加热至850℃进行预热。另外，将浇铸部件放置于石墨模具上，通过浇铸部件的浇铸口向预置的钨合金钢碎片浇铸铁基合金(1.2wt％的C、10.0wt％的Cr、20.0wt％的Cu、3.2wt％的Mn、2.5wt％的B、3.0wt％的Si，余量为Fe)，该铁基自熔合金结合剂加热至约1180℃形成熔体并通过浇铸部件的缩颈口浇铸到预置的钨合金钢碎片的孔隙中，然后冷却，之后通过机加工(例如金刚石工具)去除石墨垫片外边缘的材料，将制备得到的硬质合金锯片进行分离，制备得到的硬质合金锯片中钨合金钢碎片的体积分数约为35％。
对比例2
本对比例为采用真空烧结方法制备得到的硬质合金碎片锯片，采用65Mn钢作为锯片基体，锯片基体为圆形，直径为180mm，厚度为2mm，所述锯片基体中心开设轴孔，轴孔的直径为22mm。其通过包括以下步骤制备得到：
1)配料：按照成分配比，选取镍基粉末，加入钨合金钢碎片(平均粒径为355μm)，预混制成成型料，采用三维混料机进行混料，得到成型料；镍基粉末以重量百分比(wt％)表示，由Cr：9.5％、Cu：13.5％、Si：2.0％、Mn：3.0％、Fe：4.5％、C：0.5％、Ti：0.5％、其余为Ni元素组成。
2)冷压：调整好工装模具，投放成型料组装到冷压成型模中加压成型得到锯片坯材；
3)真空烧结：将锯片坯材放入模具中，在真空条件下进行加热烧结，烧结温度为1050℃，真空度为3.0×10-3Pa；
4)铰孔：将烧结后的锯片，按照产品规格尺寸所要求的标准孔，在机器的夹具上，以锯片的中心孔为基准，对锯片中心孔的孔径进行矫正；
烧结得到的锯片工作层的厚度为2.5mm，其中的硬质合金碎片锯片的体积分数约为35％。
切割加工对象均为大理石，以对比例2制备的合金碎粒锯片的切割效率(切割100m所花费的时间的倒数)和切割寿命(每个锯片所切割的长度)作为基准(即均标记为1)，实施例1-2以及对比例1-2制备的合金碎粒锯片的切割效率和切割寿命，结果如表1所示。
表1
切割效率比 切割寿命比
实施例1 0.96 3.9
实施例2 1.02 3.7
对比例1 0.32 5.3
对比例2 1 1

Claims (7)

1.一种预置合金碎片形成锯片的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)提供多个锯片基体，多个锯片基体堆叠成层叠结构，并且相邻的锯片基体之间设置有石墨垫片，在锯片基体周向与模具之间预置硬质合金碎粒；所述硬质合金碎粒中掺杂有硼粉、碳粉、硅粉和/或玻璃粉，并且所述硼粉、碳粉、硅粉和/或玻璃粉的重量为所述硬质合金碎粒重量的1.0～30.0wt％；
(2)用金属结合剂熔体浇铸所述硬质合金碎粒；
(3)浇铸冷却后，通过机加工去除石墨垫片外边缘的材料，将相邻金属锯片进行分离。
2.根据权利要求1所述的预置合金碎片形成锯片的方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述金属结合剂熔体的温度为金属结合剂熔点以上50℃～150℃。
3.根据权利要求1所述的预置合金碎片形成锯片的方法，其特征在于：所述硬质合金碎粒为W、W合金、W合金钢中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的预置合金碎片形成锯片的方法，其特征在于：所述锯片基体材质为碳钢或低合金钢。
5.根据权利要求4所述的预置合金碎片形成锯片的方法，其特征在于：所述低合金钢为65Mn、50Cr2V、75Cr1、8CrV或30CrMo。
6.根据权利要求1所述的预置合金碎片形成锯片的方法，其特征在于：所述金属结合剂为铁基合金。
7.一种锯片，其特征在于由权利要求1～6任一项所述的方法制备得到。
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