CN112743086A - 一种低成本通用型锯片及其制备方法 - Google Patents

一种低成本通用型锯片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低成本通用型锯片及其制备方法，该锯片由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，锯片分为工作层和过渡层，所述工作层由下述重量份数的粉末原料组成：铁15‑25份，铜25‑35份，锡1‑5份，镍1‑5份，铁铜合金45‑50份，磷铁1‑5份，液体石蜡1份；所述工作层中还添加粉末原料体积10‑15％的金刚石；过渡层由下述重量份数的粉末原料组成：铁60‑80份，镍10‑30份。本发明制得的锯片成本低、切割锋利、寿命长、通用性广，用于切割混凝土、花岗岩、建筑材料等材料的切割，具有很好的市场应用前景。

Description

一种低成本通用型锯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金材料技术领域，特别涉及一种低成本通用型锯片及其制备方法。
背景技术
金刚石圆锯片切割机一般为半机械化,为了降低工人劳动强度,提高生产效率,要求金刚石圆锯片锋利高效,使用寿命较长,以降低成本。激光焊接金刚石锯片利用金刚石的微切削作用切割岩石,主要应用于恶劣的干切条件。金刚石靠胎体来包镶和支撑,胎体性能的好坏对金刚石锯片质量起着至关重要的作用。高质量的金刚石锯片要求胎体既要有较好的包镶金刚石的能力,又具有能够与金刚石磨损率和岩石研磨性相匹配的耐磨性。胎体配方、金刚石的选择及刀头制造工艺直接影响到锯片刀头切割性能,这也正是许多研究人员在配方方面大量投入研究的原因。
在金属结合剂金刚石制品中,国内外用得最多的金属粉是钴。因为钴粉的性能相当优良,既有较高的耐磨性,又能保证一定的锋利度,同时其烧结性能相当好,受温度波动影响不大。钴基胎体组织致密,对金刚石的机械把持力强,而这也使它所具有的高切割效率得到了保证。但是,钴储量少,要采用钴基结合剂必然会提高锯齿成本。而低成本的通用型锯片在节能减排，创造社会价值方面更有作为。因此发明一种低成本通用型锯片非常有必要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种低成本通用型锯片及其制备方法，以达到降低成本，切割锋利、寿命长、通用性广，用于切割混凝土、花岗岩、建筑材料等材料的切割的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种低成本通用型锯片，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，锯片分为工作层和过渡层，所述工作层由下述重量份数的粉末原料组成：铁15-25份，铜25-35份，锡1-5份，镍1-5份，铁铜合金45-50份，磷铁1-5份，液体石蜡1份；所述工作层中还添加粉末原料体积10-15％的金刚石；过渡层由下述重量份数的粉末原料组成：铁60-80份，镍10-30份。
上述方案中，所述铁铜合金成分中铁的重量比例为70-80％，其余为铜。
优选地，所述铁铜合金成分中铁的重量比例为80％，其余为铜。
上述方案中，所述铁为羰基铁粉。
上述方案中，所述锯片工作层由下述重量份数的粉末原料组成：铁20份，铜25份，锡2份，镍3份，铁铜合金47份，磷铁3份，液体石蜡1份，另外添加粉末原料体积12.5％的金刚石；过渡层由下述重量份数的粉末原料组成：铁70份，镍30份。
上述方案中，所述锯片工作层由下述重量份数的粉末原料组成：铁15份，铜35份，锡5份，镍3份，铁铜合金45份，磷铁3份，液体石蜡1份，另外添加粉末原料体积15％的金刚石；过渡层由下述重量份数的粉末原料组成：铁60份，镍25份。
上述方案中，所述锯片工作层由下述重量份数的粉末原料组成：铁25份，铜28份，锡1份，镍5份，铁铜合金50份，磷铁1份，液体石蜡1份，另外添加粉末原料体积10％的金刚石；过渡层由下述重量份数的粉末原料组成：铁80份，镍20份。
一种低成本通用型锯片的制备方法，包括如下步骤：
(1)原料混配：分别称取工作层和过渡层的粉末原料，用混料机混配均匀；
(2)金刚石添加：将金刚石添加到上述混匀后的工作层原料粉末中，混配均匀；
(3)锯片成型：按顺序依次将工作层和过渡层粉末原料倒入金属成型模具，工作层在下方，过渡层在上方，使用自动冷压机压制；
(4)真空烧结：将成型完的锯片放在石墨模具中，在真空还原的气氛中，进行烧结，制得锯片。
上述方案中，烧结温度为820℃，压力200kg/cm2，烧结15分钟后得到锯片。
通过上述技术方案，本发明提供的一种低成本通用型锯片及其制备方法具有如下有益效果：
1、本发明采用以铁、铜和铁铜合金粉混合基材料保证锯片的寿命和烧结性能，原料中所添加镍和锡粉弥散的分布于胎体之中，保证锯片切割的锋利度。
2、镍能提高粘结金属的流动性和胎体强度,对铁有很好的浸润性及一定的溶解度,可加速烧结的进行和提高合金化程度。加入镍还可以达到固溶强化的效果,由于这些元素之间和这些元素与γ-Fe之间形成有限或无限固溶,故烧结时的合金化有助于提高强度，可以弥补以铁取代钴所带来的韧性下降的不足。
3、本发明添加铜和锡可以形成液相烧结，可以降低成型压力和烧结温度，避免金属粉末与金刚石在高温下反应剧烈所导致的金刚石碳化和强度降低,从而可以提高锯片的寿命和效率。
4、本发明使用的羰基铁粉具有均匀的球型颗粒，超细的粒度，因而可在较低温度下烧结并得到较高的烧结密度和硬度,从而有利于提高金刚石把持力,取代昂贵的钴粉，添加的磷铁，可以改善胎体的组织结构，同时，使胎体能够加快合金化进程，起到了活化烧结的作用，调整胎体的力学性能，由此使胎体的磨损性能与金刚石的磨损和出刃率相匹配，使刀头具有优良的切割能力。
5、本发明的通用型产品比较高钴粉产品制造成本降低50％，切割锋利度和寿命持平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例所公开的一种低成本通用型锯片局部示意图。
图中，1、工作层；2、过渡层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种低成本通用型锯片及其制备方法，通用型锯片既要保证金刚石有良好的出刃,又要不过早脱落,并能承受锯切时合理工况下各种锯切条件的考验,同时还要兼顾到锯片生产工艺特点和要求。因此选择合金元素时要满足如下要求：对金刚石有良好的粘结性和对金刚石无侵蚀或有轻微侵蚀；合金元素形成的胎体有良好的硬度(耐磨性)、强度和冲击韧性；合金元素有良好的烧结性且热压烧结温度不能太高；还要适应激光焊接工艺。
为获得适合激光焊接的高密度、高强度烧结体，因此选择纯度高、活性大、粒度细、基本呈球形的羰基铁粉，辅佐以合金化的铁铜合金粉和磷铁调节锋利度。
从化学方面来说，加入羰基铁粉和磷铁和铁铜合金粉的胎体强度提高也是有原因的：羰基铁粉具有均匀的球型颗粒,超细的粒度,因而可在较低温度下烧结并得到较高的烧结密度和硬度,从而有利于提高金刚石把持力，取代昂贵的钴粉，添加的磷铁，可以改善胎体的组织结构，同时，使胎体能够加快合金化进程，起到了活化烧结的作用，调整胎体的力学性能，由此使胎体的磨损性能与金刚石的磨损和出刃率相匹配，使刀头具有优良的切割能力。而铁铜合金粉既有耐磨作用,又可起到辅助切割的效果。
以下提供几个具体实施例以及对比例。
实施例1
一种低成本通用型锯片，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，锯片分为工作层和过渡层，工作层由下述重量的粉末原料组成：铁20千克，铜25千克，锡2千克，镍3千克，铁铜合金47千克，磷铁3千克，液体石蜡1千克，另外添加粉末原料体积12.5％的金刚石；过渡层由下述重量千克数的粉末原料组成：铁70千克，镍30千克。
其中，铁铜合金成分中铁的重量比例为80％，其余为铜。
本实施例中，所用的铁为羰基铁粉。
实施例2
一种低成本通用型锯片，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，锯片分为工作层和过渡层，工作层由下述重量的粉末原料组成：铁15千克，铜35千克，锡5千克，镍3千克，铁铜合金45千克，磷铁3千克，液体石蜡1千克，另外添加粉末原料体积15％的金刚石；过渡层由下述重量千克数的粉末原料组成：铁60千克，镍25千克。
其中，铁铜合金成分中铁的重量比例为70％，其余为铜。
本实施例中，所用的铁为羰基铁粉。
实施例3
一种低成本通用型锯片，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，锯片分为工作层和过渡层，工作层由下述重量的粉末原料组成：铁25千克，铜28千克，锡1千克，镍5千克，铁铜合金50千克，磷铁1千克，液体石蜡1千克，另外添加粉末原料体积10％的金刚石；过渡层由下述重量千克数的粉末原料组成：铁80千克，镍20千克。
其中，铁铜合金成分中铁的重量比例为70％，其余为铜。
本实施例中，所用的铁为羰基铁粉。
对比例1
一种低成本通用型锯片，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，锯片分为工作层和过渡层，工作层由下述重量的粉末原料组成：铁57.6千克，铜34.4千克，锡2千克，镍3千克，磷铁3千克，液体石蜡1千克，另外添加粉末原料体积12.5％的金刚石；过渡层由下述重量千克数的粉末原料组成：铁70千克，镍30千克。
本实施例中，所用的铁为羰基铁粉。
对比例2
一种低成本通用型锯片，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，锯片分为工作层和过渡层，工作层由下述重量的粉末原料组成：铁20千克，铜25千克，锡2千克，镍3千克，铁铜合金47千克，磷铁3千克，液体石蜡1千克，另外添加粉末原料体积12.5％的金刚石；过渡层由下述重量千克数的粉末原料组成：铁70千克，镍30千克。
其中，铁铜合金成分中铁的重量比例为80％，其余为铜。
本实施例中，所用的铁为普通铁粉。
对比例3
一种低成本通用型锯片，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，锯片分为工作层和过渡层，工作层由下述重量的粉末原料组成：铁20千克，铜25千克，镍3千克，铁铜合金47千克，磷铁3千克，液体石蜡1千克，另外添加粉末原料体积12.5％的金刚石；过渡层由下述重量千克数的粉末原料组成：铁70千克，镍30千克。
其中，铁铜合金成分中铁的重量比例为80％，其余为铜。
本实施例中，所用的铁为羰基铁粉。
对比例4
一种低成本通用型锯片，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，锯片分为工作层和过渡层，工作层由下述重量的粉末原料组成：铁20千克，铜25千克，镍3千克，铁铜合金47千克，磷铁3千克，液体石蜡1千克，另外添加粉末原料体积12.5％的金刚石；过渡层由下述重量千克数的粉末原料组成：铁70千克，镍30千克。
其中，铁铜合金成分中铁的重量比例为80％，其余为铜。
本实施例中，所用的铁为羰基铁粉。
对比例5
一种低成本通用型锯片，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，锯片分为工作层和过渡层，工作层由下述重量的粉末原料组成：铁20千克，铜25千克，锡2千克，镍3千克，铁铜合金47千克，液体石蜡1千克，另外添加粉末原料体积12.5％的金刚石；过渡层由下述重量千克数的粉末原料组成：铁70千克，镍30千克。
其中，铁铜合金成分中铁的重量比例为80％，其余为铜。
本实施例中，所用的铁为羰基铁粉。
对比例6
一种低成本通用型锯片，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，锯片分为工作层和过渡层，工作层由下述重量的粉末原料组成：铁30千克，铜25千克，锡2千克，镍3千克，铁铜合金47千克，磷铁3千克，液体石蜡1千克，另外添加粉末原料体积12.5％的金刚石；过渡层由下述重量千克数的粉末原料组成：铁70千克，镍30千克。
其中，铁铜合金成分中铁的重量比例为80％，其余为铜。
本实施例中，所用的铁为羰基铁粉。
对比例7
一种低成本通用型锯片，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，锯片分为工作层和过渡层，工作层由下述重量的粉末原料组成：铁10千克，铜25千克，锡2千克，镍3千克，铁铜合金47千克，磷铁3千克，液体石蜡1千克，另外添加粉末原料体积12.5％的金刚石；过渡层由下述重量千克数的粉末原料组成：铁70千克，镍30千克。
其中，铁铜合金成分中铁的重量比例为80％，其余为铜。
本实施例中，所用的铁为羰基铁粉。
对比例8
一种低成本通用型锯片，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，锯片分为工作层和过渡层，工作层由下述重量的粉末原料组成：铁20千克，铜40千克，锡2千克，镍3千克，铁铜合金47千克，磷铁3千克，液体石蜡1千克，另外添加粉末原料体积12.5％的金刚石；过渡层由下述重量千克数的粉末原料组成：铁70千克，镍30千克。
其中，铁铜合金成分中铁的重量比例为80％，其余为铜。
本实施例中，所用的铁为羰基铁粉。
对比例9
一种低成本通用型锯片，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，锯片分为工作层和过渡层，工作层由下述重量的粉末原料组成：铁20千克，铜20千克，锡2千克，镍3千克，铁铜合金47千克，磷铁3千克，液体石蜡1千克，另外添加粉末原料体积12.5％的金刚石；过渡层由下述重量千克数的粉末原料组成：铁70千克，镍30千克。
其中，铁铜合金成分中铁的重量比例为80％，其余为铜。
本实施例中，所用的铁为羰基铁粉。
对比例10
一种低成本通用型锯片，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，锯片分为工作层和过渡层，工作层由下述重量的粉末原料组成：铁20千克，铜25千克，锡2千克，镍3千克，铁铜合金55千克，磷铁3千克，液体石蜡1千克，另外添加粉末原料体积12.5％的金刚石；过渡层由下述重量千克数的粉末原料组成：铁70千克，镍30千克。
其中，铁铜合金成分中铁的重量比例为80％，其余为铜。
本实施例中，所用的铁为羰基铁粉。
对比例11
一种低成本通用型锯片，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，锯片分为工作层和过渡层，工作层由下述重量的粉末原料组成：铁20千克，铜25千克，锡2千克，镍3千克，铁铜合金40千克，磷铁3千克，液体石蜡1千克，另外添加粉末原料体积12.5％的金刚石；过渡层由下述重量千克数的粉末原料组成：铁70千克，镍30千克。
其中，铁铜合金成分中铁的重量比例为80％，其余为铜。
本实施例中，所用的铁为羰基铁粉。
对比例12
现有的高钴基锯片。
将上述实施例1-3及对比例1-11采用如下方法制备：
(1)原料混配：分别称取工作层和过渡层的粉末原料，用混料机混配均匀；
(2)金刚石添加：将金刚石添加到上述混匀后的工作层原料粉末中，混配均匀；
(3)锯片成型：按顺序依次将工作层和过渡层粉末原料倒入金属成型模具，工作层1在下方，过渡层2在上方，使用自动冷压机压制，制得的锯片形状如图1所示；
(4)真空烧结：将成型完的锯片放在石墨模具中，在真空还原的气氛中，进行烧结，烧结温度为820℃，压力200kg/cm2，烧结15分钟，制得锯片。
对上述实施例1-3及对比例1-11制得的锯片进行硬度检查，检查标准按照HRB93-101；检查合格后进行激光焊接再进行安全检查以及外观检查，最后按照产品的设计要求进行包装，以方便保存、运输。
将上述产品用来切割岩石，切割性能及成本和使用寿命如表1所示。
表1实施例及对比例的切割性能及成本和使用寿命
Figure BDA0002865135550000071
Figure BDA0002865135550000081
由表1可以看出，本发明实施例1-3所制得的锯片切割速度和切割寿命与对比例12的高钴基锯片相当，但是价格明显低于对比例12的高钴基锯片。对比例1用金属粉末代替铁铜合金制得的锯片切割速度和切割寿命明显低于本发明实施例1-3。对比例2所用的铁为普通铁粉，制得的锯片的切割速度和切割寿命明显低于本发明实施例1-3。对比例3不添加锡，制得的锯片的切割速度和切割寿命明显低于本发明实施例1-3。对比例4不添加镍，制得的锯片的切割速度和切割寿命明显低于本发明实施例1-3。对比例5不添加磷铁，制得的锯片的切割速度和切割寿命明显低于本发明实施例1-3。对比例6-11中任一组分超出本发明所限定的用量范围时，制得的锯片的切割速度和切割寿命明显低于本发明实施例1-3。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种低成本通用型锯片，由金属粉末和金刚石混合后烧结而成，其特征在于：锯片分为工作层和过渡层，所述工作层由下述重量份数的粉末原料组成：铁15-25份，铜25-35份，锡1-5份，镍1-5份，铁铜合金45-50份，磷铁1-5份，液体石蜡1份；所述工作层中还添加粉末原料体积10-15％的金刚石；过渡层由下述重量份数的粉末原料组成：铁60-80份，镍10-30份。
2.根据权利要求1所述的一种低成本通用型锯片，其特征在于，所述铁铜合金成分中铁的重量比例为70-80％，其余为铜。
3.根据权利要求2所述的一种低成本通用型锯片，其特征在于，所述铁铜合金成分中铁的重量比例为80％，其余为铜。
4.根据权利要求1所述的一种低成本通用型锯片，其特征在于，所述铁为羰基铁粉。
5.根据权利要求1所述的一种低成本通用型锯片，其特征在于，所述锯片工作层由下述重量份数的粉末原料组成：铁20份，铜25份，锡2份，镍3份，铁铜合金47份，磷铁3份，液体石蜡1份，另外添加粉末原料体积12.5％的金刚石；过渡层由下述重量份数的粉末原料组成：铁70份，镍30份。
6.根据权利要求1所述的一种低成本通用型锯片，其特征在于，所述锯片工作层由下述重量份数的粉末原料组成：铁15份，铜35份，锡5份，镍3份，铁铜合金45份，磷铁3份，液体石蜡1份，另外添加粉末原料体积15％的金刚石；过渡层由下述重量份数的粉末原料组成：铁60份，镍25份。
7.根据权利要求1所述的一种低成本通用型锯片，其特征在于，所述锯片工作层由下述重量份数的粉末原料组成：铁25份，铜28份，锡1份，镍5份，铁铜合金50份，磷铁1份，液体石蜡1份，另外添加粉末原料体积10％的金刚石；过渡层由下述重量份数的粉末原料组成：铁80份，镍20份。
8.一种如权利要求1所述的低成本通用型锯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)原料混配：分别称取工作层和过渡层的粉末原料，用混料机混配均匀；
(2)金刚石添加：将金刚石添加到上述混匀后的工作层原料粉末中，混配均匀；
(3)锯片成型：按顺序依次将工作层和过渡层粉末原料倒入金属成型模具，工作层在下方，过渡层在上方，使用自动冷压机压制；
(4)真空烧结：将成型完的锯片放在石墨模具中，在真空还原的气氛中，进行烧结，制得锯片。
9.根据权利要求7所述的一种低成本通用型锯片的制备方法，其特征在于，烧结温度为820℃，压力200kg/cm2，烧结15分钟后得到锯片。
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