CN113073247A - 钢结硬质合金材料在带锯条中的应用、带锯条及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了钢结硬质合金材料在带锯条中的应用、带锯条及其制备方法，钢结硬质合金材料在硬质合金带锯条中的应用，按质量份计，所述钢结硬质合金材料由20‑50份粘结相和50‑80份硬质相组成；所述粘结相为铁和/或铁合金，所述硬质相由WC和TiC按1‑6:1的质量比组成。本发明的带锯条锯切效率高、齿尖部红硬性高、韧性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢结硬质合金材料在带锯条中的应用、带锯条及其制备方法。
背景技术
现在金属切割的带锯条市场主要有双金属带锯条和硬质合金带锯条两种，其中双金属带锯条的锯齿材料为高速工具钢，硬质合金带锯条的锯齿材料为WC-Co硬质合金。两种带锯条的锯条体材料均为高强度合金钢。
与WC-Co硬质合金相比，高速工具钢的耐磨性、红硬性较差，但韧性较好。由于其拥有较好的韧性，因此能够承受相对较大的振动，在锯床刚性不够、锯切振动较大时，双金属带锯条拥有较大的优势。但是由于锯切时会产生切削热，切削热会造成锯刃温度的升高，而且锯切线速度越快、锯切效率越高，切削热越多，锯刃的升温幅度越大。而高速工具钢的红硬性远远低于硬质合金，既在温度升高时其硬度和耐磨性下降幅度非常大，因此高速工具钢无法承受更大的温升，从而导致双金属带锯条在锯切时无法采用更快的线速度和更高的锯切效率，而硬质合金带锯条其锯刃红硬性更好，可以承受更高的温度而不损失其硬度和耐磨性，所以硬质合金带锯条其锯切效率更高。但是由于WC-Co硬质合金的韧性较差，当锯切振动较大时，硬质合金带锯条极易发生崩刃，这大大缩短了硬质合金带锯条寿命。尤其锯切速度和效率越高，振动往往越大，这样硬质合金带锯条对锯床刚性的要求远远高于双金属带锯条。所以，双金属带锯条和硬质合金带锯条互有优劣。目前市场上还未出现一种带锯条能够综合两种带锯条的优势。但是，随着制造业的发展，现在制造型企业对质量、成本和交期的需求越来越高。对于之前使用双金属带锯条的企业，也希望通过提高锯切效率来降低成本、缩短交货期，但双金属带锯条的性能决定了无法采用更高的锯切效率。如若采用硬质合金带锯条，则需要更换设备，采用刚性更好、振动更小的带锯床，这样的投入又过大。因此他们迫切希望能够有这样一种带锯条产品，能够适应现有振动较大的条件，又能够承受更高的锯切效率。
一般地，双金属带锯条的加工路线为：双金属复合钢带——锯齿成形——分齿——热处理强化。在锯齿成形时，双金属带锯条中高速工具钢的去除比例非常大，对于2TPI以上的带锯条，锯齿去除比例可达90%以上，仅留下不到10%的部分作为锯齿部分，材料浪费非常大。这造成的结果就是双金属带锯条的锯齿材料成本很高。而对于硬质合金带锯条，其加工路线为：高强度合金钢钢带——锯齿成形——热处理强化——硬质合金颗粒焊接——锯刃磨削成形——分齿。采用这种工艺锯齿材料的浪费大大减少，但是由于其锯齿WC-Co硬质合金，尤其Co的价格非常高，而且中国为Co资源稀缺的国家，这造成其锯齿材料的成本也很高。
硬质合金带锯条的锯齿材料WC-Co硬质合金与钢的可焊性较差，这与其润湿性差、线胀系数差异大、焊接时易形成脆性相等因素有关。这样就造成在硬质合金焊接时工艺控制的难度大大增加，硬质合金带锯条焊缝失效的风险增加。
具体地，关于现有双金属带锯条和硬质合金带锯条的缺点总结如下：
①对于双金属带锯条：
1.锯齿为高速工具钢，耐磨性不如WC-Co硬质合金，尤其红硬性很差，当温度较高时其硬度和耐磨性将大大降低，这样使双金属带锯条无法承受更高的锯切效率和更快的线速度。
2.双金属带锯条的加工工艺使其高速工具钢的浪费非常大，尤其对于齿距在2.0TPI以上的带锯条（即每英寸锯齿数在2个以下），90%以上的高速工具钢需要被去除，仅留下不到10%的高速工具钢作为锯齿。这样造成双金属带锯条的锯齿材料成本大大增加。
②对于硬质合金带锯条：
1.锯齿为WC-Co硬质合金，韧性不如高速工具钢，因此无法适应刚性较差的锯床，当锯切振动较大时其锯切性能甚至不如双金属带锯条。这样使用硬质合金带锯条的用户需要花更大的成本来采购带锯床设备。
2.所采用的WC-Co硬质合金中Co含量约占10%左右，而Co的成本非常高，这样造成WC-Co的价格非常高，增加了硬质合金带锯条的原材料成本。
3.WC-Co与钢的可焊性较差，造成硬质合金带锯条中锯齿与锯条体的结合强度不稳定，容易发生焊缝失效。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供钢结硬质合金材料在硬质合金带锯条中的应用；本发明的目的之二在于提供一种锯切效率高、韧性好的硬质合金带锯条及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
钢结硬质合金材料在硬质合金带锯条中的应用，按质量份计，所述钢结硬质合金材料由20-50份粘结相和50-80份硬质相组成；所述粘结相为铁和/或铁合金，所述硬质相由WC和TiC按1-6:1的质量比组成。
钢结硬质合金材料用于制作硬质合金带锯条的齿尖部。
一种硬质合金带锯条，包括由高强度合金钢制成的锯条体，锯条体的一侧边缘连续排列有锯齿，所述锯齿包括齿尖部和齿根部，所述齿根部与锯条体为一体成型结构，齿尖部一体连接于齿根部上；所述齿尖部由硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料制成；按质量份计，所述硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料，由20-50份粘结相和50-80份硬质相组成；所述粘结相为铁和/或铁合金，所述硬质相由WC和TiC按1-6:1的质量比组成。
进一步地，所述硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料由25-45份粘结相和55-75份硬质相组成。
进一步地，所述硬质相由WC和TiC按2-5:1的质量比组成。
进一步地，所述硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料的硬度为84-89HRa。
进一步地，所述齿根部与锯条体通过焊接成型，可选为电阻焊、铜焊、钎焊中的一种，优选为电阻焊。
如上所述的硬质合金带锯条的制备方法，包括如下步骤：
S1、提供钢带；
S2、在所述钢带的一侧边缘加工出连续排列的锯齿粗坯；
S3、将颗粒状的硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料焊接到锯齿粗坯上，磨削处理，获得带有锯齿的锯条体；
S4、分齿，获得硬质合金带锯条成品。
进一步地，所述钢带由高强度合金钢制成。
进一步地，S2中，在高强度合金钢钢带通过激光切割、铣削或磨削加工成所需要的锯齿形状。
进一步地，S2之后，S3之前，对带有锯齿粗坯的钢带进行淬火、回火处理，以实现强化。
进一步地，S3中，焊接完成后，对锯条体进行喷砂或抛丸处理，然后，磨削处理，获得带有锯齿的锯条体。
进一步地，S3中，焊接方式为电阻焊或钎焊。
进一步地，S4之后，对硬质合金带锯条进行滚轧校直处理，以消除镰刀弯。
本发明的钢结硬质合金材料综合了高速工具钢的韧性和WC-Co硬质合金的红硬性，综合性能更好。与此同时其成本较WC-Co硬质合金更低。本发明的钢结硬质合金材料的红硬性优于高速工具钢，而韧性优于WC-Co硬质合金，而且成本更低。
可选地，本发明的钢结硬质合金材料可通过现有粉末冶金方法制备而成。
可将钢结硬质合金材料在制备成颗粒状，如圆柱形、球形或扇形，以方便制造带锯条时焊接操作。具体大小参照现有WC-Co硬质合金锯齿材料颗粒大小即可。
本发明的硬质合金带锯条，其锯齿齿尖部采用钢结硬质合金，而这种材料与高速钢相比拥有更高的耐磨性和红硬性，而与WC-Co硬质合金相比拥有更好的韧性，因此钢结硬质合金带锯条综合了硬质合金带锯条和双金属带锯条的优势，解决了锯切效率和锯切振动耐受性之间的矛盾。
与锯齿为高速钢的双金属带锯条相比，本发明的硬质合金带锯条具有更高的耐磨性和红硬性，因此拥有更长的带锯条寿命。与锯齿为硬质合金的带锯条相比，本发明的硬质合金带锯条具有更优的韧性，因此可以适应振动较大的工况。
本发明的硬质合金带锯条，与双金属带锯条相比材料去除比例大大降低，与硬质合金带锯条相比采用价格更低、比重更小的TiC部分替代WC，并采用Fe及其合金替代Co，并增加Fe及其合金比例，因此锯齿材料的成本与上述两种带锯条相比均更低。
本发明的硬质合金带锯条，其锯齿材料与钢的可焊性优于WC-Co硬质合金，与现在市场上的硬质合金带锯条相比，降低了带锯条焊缝失效的风险。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
①与高速工具钢相比，本发明的钢结硬质合金材料的耐磨性和红硬性更高，能够承受更大的温升而保持硬度和耐磨性下降幅度不明显，因此与双金属带锯条相比，这种硬质合金带锯条能够承受更高的锯切效率。
②与WC-Co硬质合金带锯条相比，本发明的钢结硬质合金材料的韧性更好，因此本发明的硬质合金带锯条能够适应振动较大的锯切条件。
③与WC-Co硬质合金相比，本发明中的钢结硬质合金采用Fe及其合金替代Co，并增加其比例，同时采用价格更低、比重更小的TiC部分替换WC，因此与硬质合金带锯条相比，其成本更低。而与双金属带锯条相比，由于其锯齿材料的去除比例很小，因此成本同样更低。
④本发明中的硬质合金带锯条，锯齿材料采用Fe及其合金作为粘结剂，而且其比例达到20%以上，与钢的可焊性要优于WC-Co硬质合金，降低了其焊缝失效的风险。
具体实施方式
以下将结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种硬质合金带锯条，包括由高强度合金钢制成的锯条体，锯条体的一侧边缘连续排列有锯齿，所述锯齿包括齿尖部和齿根部，所述齿根部与锯条体为一体成型结构，齿尖部一体连接于齿根部上；所述齿尖部由硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料制成。所述硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料，按质量份计，由25份粘结相和75份硬质相组成；所述粘结相为合金钢，所述硬质相由WC和TiC按4:1的质量比组成。
所述硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料的硬度为87-89HRa。
通过传统粉末冶金方法制备获得颗粒状的硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料。
所述硬质合金带锯条的制备方法，包括如下步骤：
S1、提供钢带；
S2、在所述钢带的一侧边缘加工出连续排列的锯齿粗坯；
S3、将硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料焊接到锯齿粗坯上，磨削处理，获得带有锯齿的锯条体；
S4、分齿，获得硬质合金带锯条成品。
所述钢带由高强度合金钢制成。
S2之后，S3之前，对带有锯齿粗坯的钢带进行淬火、回火处理，其中淬火温度为1150℃，保温时间为2分钟，回火温度为620℃，回火三次，单次保温时间为10分钟，热处理后钢带的硬度为500-550HV。
S3中，焊接完成后，对锯条体进行喷砂或抛丸处理，然后，磨削处理，获得带有锯齿的锯条体。
S4之后，对硬质合金带锯条进行滚轧校直处理。
试验方法及结果：采用通过上述方法加工获得54*1.6-1.4/2.0TPI规格的带锯条，与同规格M42双金属带锯条、WC-10Co硬质合金带锯条进行锯切800mm×200mm尺寸的SKD11模具钢试验，采用的线速度为25~35m/min，进给速度为3~4mm/min，结果表明：
①采用锯切1刀后锯刃的崩齿率（100个锯齿在锯切一刀后发生崩齿的个数，单位为%）评估齿尖材料的韧性。结果发现，采用本发明方法加工的带锯条，崩齿率为31%。双金属带锯条崩齿率为23%，硬质合金带锯条崩齿率为48%。可见钢结硬质合金带锯条的锯齿韧性差于双金属带锯条，明显优于硬质合金带锯条。
②采用锯切10刀后锯齿的磨损高度（单位为mm）来评估齿尖材料的耐磨性。结果发现，采用本发明方法加工的带锯条，齿尖磨损量平均为0.16mm，双金属带锯条齿尖磨损量平均为0.26mm，硬质合金带锯条齿尖磨损量平均为0.12mm。可见钢结硬质合金带锯条的锯齿耐磨性略差于硬质合金带锯条，明显优于双金属带锯条。
实施例2
一种硬质合金带锯条，包括由高强度合金钢制成的锯条体，锯条体的一侧边缘连续排列有锯齿，所述锯齿包括齿尖部和齿根部，所述齿根部与锯条体为一体成型结构，齿尖部一体连接于齿根部上；所述齿尖部由硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料制成。所述硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料，按质量份计，由40份粘结相和60份硬质相组成；所述粘结相为中碳钢，所述硬质相由WC和TiC按2:1的质量比组成。
所述硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料的硬度为84-86HRa。
通过传统粉末冶金方法制备获得颗粒状的硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料。
所述硬质合金带锯条的制备方法，包括如下步骤：
S1、提供钢带；
S2、在所述钢带的一侧边缘加工出连续排列的锯齿粗坯；
S3、将硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料焊接到锯齿粗坯上，磨削处理，获得带有锯齿的锯条体；
S4、分齿，获得硬质合金带锯条成品。
所述钢带由高强度合金钢制成。
S2之后，S3之前，对带有锯齿粗坯的钢带进行淬火、回火处理，其中淬火温度为1150℃，保温时间为2分钟，回火温度为620℃，回火三次，单次保温时间为10分钟，热处理后钢带的硬度为500-550HV。
S3中，焊接完成后，对锯条体进行喷砂或抛丸处理，然后，磨削处理，获得带有锯齿的锯条体。
S4之后，对硬质合金带锯条进行滚轧校直处理。
试验方法及结果：采用通过上述方法加工获得67*1.6-1/1.5TPI规格的带锯条，与同规格M42双金属带锯条、传统WC-10Co硬质合金带锯条进行锯切1000mm×600mm尺寸的738HH模具钢试验，采用的线速度为30~40m/min，进给速度为4~6mm/min结果表明：
①采用锯切1刀后锯刃的崩齿率（100个锯齿在锯切一刀后发生崩齿的个数，单位为%）评估齿尖材料的韧性。结果发现，采用本发明方法加工的带锯条，崩齿率为28%。双金属带锯条崩齿率为25%，硬质合金带锯条崩齿率为48%。可见钢结硬质合金带锯条的锯齿韧性略差于双金属带锯条，明显优于硬质合金带锯条。
②采用锯切10刀后锯齿的磨损高度（单位为mm）来评估齿尖材料的耐磨性。结果发现，采用本发明方法加工的带锯条，齿尖磨损量平均为0.21mm，双金属带锯条齿尖磨损量平均为0.29mm，硬质合金带锯条齿尖磨损量平均为0.15mm。可见钢结硬质合金带锯条的锯齿耐磨性略差于硬质合金带锯条，明显优于双金属带锯条。
通过上述试验表明，本发明的硬质合金带锯条综合性能优异，兼具双金属带锯条和传统硬质合金带锯条的优点。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (10)
1.钢结硬质合金材料在硬质合金带锯条中的应用，其特征在于，按质量份计，所述钢结硬质合金材料由20-50份粘结相和50-80份硬质相组成；所述粘结相为铁和/或铁合金，所述硬质相由WC和TiC按1-6:1的质量比组成。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，钢结硬质合金材料用于制作硬质合金带锯条的齿尖部。
3.一种硬质合金带锯条，包括由高强度合金钢制成的锯条体，锯条体的一侧边缘连续排列有锯齿，所述锯齿包括齿尖部和齿根部，所述齿根部与锯条体为一体成型结构，齿尖部一体连接于齿根部上；其特征在于，所述齿尖部由硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料制成；按质量份计，所述硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料，由20-50份粘结相和50-80份硬质相组成；所述粘结相为铁和/或铁合金，所述硬质相由WC和TiC按1-6:1的质量比组成。
4.根据权利要求3所述的硬质合金带锯条，其特征在于，所述硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料由25-45份粘结相和55-75份硬质相组成。
5.根据权利要求3所述的硬质合金带锯条，其特征在于，所述硬质相由WC和TiC按2-5:1的质量比组成。
6.根据权利要求3所述的硬质合金带锯条，其特征在于，所述硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料的硬度为84-89HRa。
7.如权利要求3-6任一项所述的硬质合金带锯条的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、提供钢带；
S2、在所述钢带的一侧边缘加工出连续排列的锯齿粗坯；
S3、将颗粒状的硬质合金带锯条用钢结硬质合金材料焊接到锯齿粗坯上，磨削处理，获得带有锯齿的锯条体；
S4、分齿，获得硬质合金带锯条成品。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述钢带由高强度合金钢制成。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，S2之后，S3之前，对带有锯齿粗坯的钢带进行淬火、回火处理。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，S3中，焊接完成后，对锯条体进行喷砂或抛丸处理，然后，磨削处理，获得带有锯齿的锯条体。
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