CN1161491C - 用于制造圆锯、摩擦锯和排锯的锯片以及切割和剃齿装置的基板材料 - Google Patents

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Abstract

基板材料由一种基本含碳量少于0.3%(重量百分比)的基板钢组成，该基板钢由两个上下表面(2)、两个端侧面(3)和两个纵侧面(4)构成的表面(2、3、4)用碳富集。基板钢由于一种热化学处理具有至少一个表面(2)富碳0.5至1.1%(重量百分比)的边缘区(5)，该边缘区(5)在逐渐减少含碳量的情况下过渡到一个没有或只有少量碳的内部区(6)。在侧面(3、4)上的基板材料具有由富碳的边缘区(5)和由非富碳的内部区(6)构成的夹层结构(图1)。

Description

用于制造圆锯、摩擦锯和排锯 的锯片以及切割和剃齿 装置的基板材料
本发明涉及一种特别适用于制造圆锯、摩擦锯和排锯的锯片以及切割和剃齿装置的基板材料，该基板材料是一种由其两个上下表面、两个端侧面和两个纵侧面构成的表面用碳富集的基板钢，该基板钢的基本含碳量小于0.3％(重量百分比)。
如所周知，制造锯片特别是圆锯、摩擦锯和排锯锯片以及切割和剃齿装置的基板材料通常为含碳量介于0.5和1.0％(重量百分比)之间的工具钢或低合金的结构钢(优质钢)。这种钢材的热处理的目的是使整个厚度范围达到均匀的组织和均匀的高的硬度。基板材料所需的韧性则通过有目的的回火处理来达到，但回火处理会导致硬度损失。根据使用目的和基板材料的单位载荷，例如对于锯，现行的硬度介于37和50洛氏C(HRC)标度硬度之间。
一般渗碳的工具钢或优质钢特别是在热轧过程中和在其淬火的奥氏体化处理过程中从材料的边缘层扩散出碳。这样，就会产生表面脱碳。因此，热处理后必须把脱碳的硬度低的边缘层磨掉。
为了提高耐用寿命，多数锯片都镀硬铬，用硬质合金或金钢石装配或钨铬钴合金化。这种装配是通过焊接或烧结来实现的。这些措施明显提高了耐用寿命而又不影响锯片的自身强度。这种提高耐用寿命的措施大大增加了这类锯的生产成本。这样，必须导致锯齿或齿数减少，从而降低锯削质量和增加噪音。
南威斯特法伦钢厂的厂刊《您们+我们》1975年14期综述了各种不同类型的锯的生产方法，该文指出，必须提出具有很小脱碳值和均匀组织的尽可能没有应力和平整的钢板要求。所采用的钢必须在淬火和回火后具有韧性大的很细粒的组织，以便可靠承受使用过程中产生的大的离心力和切削力。
在上述厂刊中，锯的标准化根据一般被加工的切削材料分成三大类，并根据切削材料的种类对锯的性能提出了不同的要求。这三大类是：
1.木锯和塑料锯(木圆锯、装配硬质合金的圆锯、森林锯和排锯)；
2.金属锯(扇形圆锯、摩擦锯、热圆锯)；
3.石材锯(金刚石圆柱、金刚石排锯)。
对锯片的要求之一是要具有高的抗弯刚度或形状稳定性。为了稳定排锯、带锯、圆柱和快速摩擦锯的锯片以及金刚砂轮，特别是为了平衡由于不均匀加热而在工具本体中引起的应力，一种公知的方法是，在一定区域内通过拉紧锯片达到引起内应力的目的(“关于用机器和校直锤拉紧圆锯片的比较试验”，见《木材作为原料和材料》特刊1963年21卷135至144页)。可在淬火的钢板或钢带上用锤冷打或用机械轧或压来产生这种内应力。但在加工时的加工步骤是很复杂的。
铁材和钢材用热化学处理富集碳是一种早已公开的方法，这种方法叫做渗碳，如果同时在材料中渗氮则叫做碳氮共渗。例如在《技术通报》50卷(1995年)第二期86至92页上关于淬火车间“渗碳过程”一文特别着重于它的数学模型化对渗碳进行了综述。渗碳过程可在某种气体介质中、盐浴中或粉剂中以及温度一般在900和1000℃之间进行。渗碳剂的碳活性必须比铁材料的高。从渗碳剂析出的碳扩散到被渗碳的工件的表层。根据选定的过程参数例如温度、处理时间以及渗碳剂的碳活性和铁材料的成分得出碳浓度分布特性。碳含量随离边缘的距离的不断增加而连续下降直至在材料内部达到材料原有含碳量为止。作为表示特性的和对实际有意义的参数是渗碳深度At。渗碳深度At定义为从表面到表征碳富集层的厚度的边缘的垂直距离。这个边缘的含碳量未能标准化(见德国工业标准DIN EN 10 052)，根据协商一般为0.35％(重量百分比)。工件的渗碳深度At随不断增加的渗碳时间而增加，而且工件的几何形状也有影响。所以，在凸出弯曲的工件表面时，边缘或尖端上出现较大的渗碳深度At，因为只为全面扩散进入的碳提供一个相当小的体积。从而可产生过量渗碳，这种现象通过碳化物的析出或在淬火后通过一种不希望出现的高的残余奥氏体含量表现出来。
专利文献DE-OS 24 31 797公开了一种制造高合金带钢的方法，这种带钢作为高速切削钢和工具钢往往也用来制造柔性刀片或锯片如刮胡刀片或金属锯片，这种合金元素的高含量和合金元素的种类例如为12％至13％(重量百分比)的铬，从而可达到一个高的热硬度，相当于根据上面第二类对应使用目的用来制造钢锯或刮胡刀片的带钢。带有附加的高含碳量的高合金钢在热轧和冷轧制造过程中难于处理，亦即这种钢有裂纹和断裂的危险。所以低含碳量的带钢或者按上述方法首先烧结或冷轧，然后全面地或部分地在切削范围内渗碳。渗碳通过带钢的整个横截面或厚度进行。这样，在根据材料预定渗碳的带钢的整个很小厚度内都出现几乎恒定不变的碳浓度，这个碳浓度在其数值上相当于工具钢的碳浓度。
专利文献AT-PS 372 709公开了一种用合金钢制造的切削刀具，特别是一种锯，这种切削工具在其工作面或齿的范围内深达0.02至0.10毫米富集1.8％至2.2％(重量百分比)的碳，其中，在0.15至0.25毫米深度内的碳含量达到钢合金的碳含量。这种钢合金由具有不可避免的杂质的铁组成，并含碳0.1至0.3％、硅0.2至2.0％、锰0.2至1.5％、铬5.0至7.0％、钨1.0至2.0％、钼1.0至2.0％、钒0至2.0％、钛0至0.5％和铌0至0.5％(均为重量百分比)。为了制造切削刀具，工件毛坯，特别是锯片在850至1050℃的温度范围进行了渗碳处理，然后在空气、油或热浴中进行淬火。小的渗碳深度At和强的渗碳从表面到非富碳区在基板钢的边缘区内构成一个钩6％至14％碳/毫米的平均碳梯度。这样就特别提高了表面层的耐磨强度。渗碳的合金涉及一种特种钢，这种特种钢从合金元素含量上讲，相当于一种高速钢合金，当然没有相应高的碳含量。其中，碳含量是典型的，但高的合金含量对渗碳钢来说是典型的。应用这种材料的目的在于，通过上面提出的并按上述方式处理的合金来代替高速钢。此外，这里—与文献DE-OS 24 31 797所述的方法相似—也是打算通过减少废品危险来降低制造成本和通过避免带钢的过渗碳来在其成形过程中节省材料。同时可在工件中达到一个高的由500℃和更高回火温度来表征的热硬度。工件的内部硬度象在高速钢时一样大约为45至55洛氏硬度C标度硬度。
这种切削刀具及其制造方法的一个缺点在于，带锯明显例外，估计是因为不可能达到需要的抗拉和抗弯交变强度的缘故。此外，作为工件毛坯例如通过冲裁、铣削和整齿制造成刺锯片，然后才进行渗碳、淬火和回火。但经过这种处理后锯片由于在边缘层含碳量高而不再可能整齿。其次，由于从各侧例如锯齿各侧进行的渗碳可导致上述的、一定边缘范围内的过渗碳，这会导致材料变脆而对齿的切削性能和强度产生不利的影响。
本发明的任务在于，提出一种上述那类基板材料，用这种材料可在高的重复性和在避免形成脱碳边缘区的情况下制造圆锯、摩擦锯、排锯的锯片以及具有高的构件强度的切削和剃齿装置，其中为了提高耐磨强度可在相同的操作安全或抗断裂强度的情况下在表面达到较高的硬度，并在运行情况下减小噪声。此外，用这种基板材料特别适用于制造木锯和塑料锯，如木圆锯、森林锯和排锯，这些锯的特点是，制造成本低而且寿命长。
这个任务是通过上述那类基板材料来实现的，在这种基板材料中，基板钢由于热化学处理具有至少钢板的一个表面有0.5至1.1％(重量百分比)碳富集的边缘区，这些边缘区在逐渐减小碳含量的情况下过渡到一个没或只有很少碳富集的区域，而基板材料的侧面则具有由富碳的边缘区和由非富碳的区域构成的夹层结构。热化学处理最好就是一个渗碳过程，但当渗碳介质含有氮或氮化物例如氨时，则亦可以最好是一个碳氮共渗的过程。按这种方式在本发明基板材料中构成的氮化物附加地提高了耐磨强度和材料的抗疲劳性能。
就这样可用本发明基板材料来代替通常使用的高纯度工具钢。本发明的基板材料即基板钢—最好是一种低合金或非合金的结构钢—不需要符合这种纯度要求。作为原材料不需要用特种钢，这就降低了钢的生产成本。用本发明基板材料不仅可提高表面的耐磨强度，还可达到高的构件强度，例如高的抗弯强度、静力抗弯刚度或弯曲交变强度。
这种基板材料最好也具有夹层结构，这种夹层结构由一层富碳的表面、一层没有或只有很少碳的内部和基板钢另一层富碳的表面组成。这种结构在制成锯、摩擦锯或切削装置以后仍然保留在锯齿或刀刃上。所以在重复进行工具渗碳时材料的整个厚度出现不均匀的磨损，即出现所谓的碳化。亦即硬的和耐磨的表面比没有渗碳的内部磨损得较慢，从而在侧面形成凹入形状，并在切削范围产生一种自磨锐的作用。
业已证明，由于不同含碳量可引起基板材料的物理性能逐渐变化，所以如果基板材料边缘区的含碳量为0.35％(重量百分比)的渗碳深度At和基板材料的厚度的商数为0.15至0.40，则对锯片要达到的耐磨性能和强度性能是特别有利的。其中，渗碳区的深度最好这样选择，即在热化学处理的基板钢淬火和回火以后，基板钢总厚度的最多三分之一左右大致具有基板钢的原来的硬度或稍高的硬度，而基板材料厚度的至少三分之二左右则具有较高的硬度。特别是，最好在热化学处理的基板钢的淬火和回火后，基板材料厚度的最多50％左右大致具有基板钢原来的硬度或稍高的硬度，而基板材料厚度的至少50％左右则具有较高的硬度。在淬火和回火后，最好基板材料的表面硬度为50至63洛氏C标度硬度，最好为55至60洛氏C标度硬度，而没有渗碳的区域则为20至40洛氏C标度硬度，最好为30至35洛氏C标度硬度。基板钢的渗碳最好在整个钢板上下表面两侧进行，但渗碳也可只在锯子以后的锯齿区内产生特殊的性能而只在两侧部分进行，或可在以后焊接部位或类似部位的部分范围不进行渗碳。没有或很少渗碳的区域在淬火和回火后由原材料的铁素体-珠光体混合组织组成和/或由贝氏体组成。
就这样对基板钢很少要求的情况下就能用钢板例如两侧或只有部分地借助于热化学处理特别是渗碳使碳富集后就能制造锯。在用一种0.1至0.2％(重量百分比)的很低含碳量的基板钢渗碳以及淬火和回火后，亦即在整个热处理过程结束后即可制造出质量有了改进的锯，这种锯相对于厚度和面积不具有直线的硬度变化和强度变化，这是令人惊奇的。其中，基板钢的富碳边缘区最好从表面到未渗碳的区域具有一个大约0.25至0.75％(重量百分比)碳/毫米、最好0.40至0.50％(重量百分比)碳/毫米的平均碳梯度。
常规的锯具有一种相同特性的普通的马氏体组织，而用本发明基板材料制造的锯则只有在富碳区的表面上才呈现这种组织。这种材料较软的内部在很大程度上满足了韧性要求，而表面以其具有的硬度—在没有装配硬质合金或没有钨铬钴合金化的锯的情况下—则决定了锯的良好切削性能和高度稳定性。
如前所述，本发明基板材料最好用低合金或非合金的结构钢作为基板钢。这样，非合金或合金的整个钢类都可适用于本发明的基板材料作为渗碳钢使用。同样，含碳量少的优质钢以及高含铬量12％至13％(重量百分比)的抗锈和耐酸的钢都可使用。表1中举例列出了适用于本发明的钢材，但本发明不限于表中所列的钢材。
表1：本发明基板材料可能用的基板钢
DIN 17006的钢号 DIN 17007的钢号 合金类型、重量百分比
C10C1515Cr316MnCr515CrNi618CrNi825CrMo4X10Cr13 1.11211.11411.70151.71311.59191.59201.72181.4006 0.10C0.15C0.15C；0.6Cr0.16C；1.2Mn；0.9Cr0.15C；1.5Cr；1.6Ni0.18C；2.0Cr；2.0Ni0.26C；1.1Cr；0.3Mo0.11C；13Cr
在各项从属权利要求中和下面的说明中叙述本发明的有利实施例。
下面结合附图所示的几个实施例来详细说明本发明。附图表示：
图1表示用来制造圆锯、摩擦锯、排锯锯片以及切削和剃齿装置用的本发明基板材料的一张钢板的透视图；
图2表示本发明基板材料三种质量的碳浓度分布特性的比较，这种基板材料用不同种类的钢制造成基板钢；
图3表示图2所示本发明基板材料的硬度分布的比较；
图4表示不同钢板厚度情况下用淬火的工具钢作成的常规基板材料和本发明基板材料的静力抗弯刚度的比较；
图5表示用力—挠度曲线型式表示的本发明基板材料的平板试件的弯曲试验结果。
图1表示在下面所述的全部实施例使用的本发明基板材料的一块钢板1，钢板1的表面由两个表面2以及分别由两个端侧面3和两个纵侧面4构成。作为制造锯片用的基板材料是将这类钢板1经过热化学处理后在端侧面3和纵侧面4剪边，并用这种形状供应制造厂，或刀具制造厂冲裁或用激光这样切割成要求的件，即避免用侧面3、4的渗碳区加工锯片。根据本发明，基板材料只从两表面2开始渗碳，而不是从侧面3、4。由于热化学处理，基板材料具有从表面2开始富碳0.5至1.1％(重量百分比)的边缘区5，该边缘区5在逐渐减少含碳量的情况下过渡到一个非富碳的区域6—在这种情况中，由于两侧进行的渗碳过渡到一个内部区域6。在侧面3、4上基板材料具有由富碳的边缘区5和由未渗碳的区域6构成的夹层结构。
图中示出了圆锯用的锯片毛坯8a的外形7和排锯用的锯片毛坯8b的外形7。为了制造本发明的基板材料的钢板1，采用了含碳量低于0.3％(重量百分比)的下列基板钢的一种。
例1：
所用的材料：退火的C15冷轧带钢，
试件厚度：D＝2.5至2.7毫米。
用多个试件在温度为880和930℃之间和处理时间为60至90分钟在一种富丙烷的富甲烷燃气中进行薄层渗碳。如图2所示，不同试件的边缘层5具有在0.6至1.0毫米之间分散的平均约为0.8毫米的渗碳深度At。热化学处理的基板钢的边缘区5的渗碳深度At和基板材料的厚度D的商数为0.15至0.4，平均商数为0.32。从图2还可看出表面2上的含碳量介于0.7％和0.8％(重量百分比)，基板钢富碳的边缘区5从表面2到未渗碳的区域6具有一个0.30％至0.55％(重量百分比)碳/毫米的平均碳梯度。
然后在温度820至860℃的范围内进行油淬火后，在基板材料的钢板1很平整情况下表面2上的硬度大约为63至65洛氏C标度硬度，内部6大约为44洛氏C标度硬度。在作为最佳选定的260℃温度下经3小时回火后，表面2的硬度值达到大约56洛氏C标度硬度(700维氏硬度)和在内部6内达到大约40洛氏C标度硬度(400维氏硬度)，如图3所示。基板材料富碳的边缘区5从表面2到未渗碳或只少量渗碳的区域6具有一个大约9至15洛氏C标度硬度/毫米之间的平均硬度梯度。在这样一种硬度变化曲线情况下可用基板材料制造锯，还可进行锯齿的锉齿。用这种基板材料制造的锯具有高的刚度和可承受大的动力载荷，这种锯工作噪声很小，并比先有技术公知的锯的硬度大约大10洛氏C标度硬度，而且具有很好的耐磨性。特别是，这种基板材料还适用于非旋转的锯以及切削和剃齿装置。
例2：
所用的材料：退火的13CrMo44冷轧带钢
试件厚度：D＝2.4至2.7毫米
按上述第一实施例的过程参数在多个试件上进行了薄层的气体渗碳，从中得出图2所示曲线，边缘层5分别达到大约0.7毫米的平均渗碳深度At。热化学处理过的基板钢的边缘区5的渗碳深度At与基板材料厚度D的商数的平均值为0.25。从图2还可看出，在表面2的含碳量约为0.7％(重量百分比)。基板钢富碳的边缘区5从表面2到非富碳的内部区域6具有一个0.46％至0.53％(重量百分比)碳/毫米的平均碳梯度。
下面基本上在第一实施例相同条件下进行的淬火得出基板材料的钢板1在良好平面性情况下与第一实施例在表面2或内部6的硬度值只有很小的差别。在一个作为最佳确定在300℃温度情况下进行3小时回火后，在表面2上的硬度值达到了大约54至55洛氏C标度硬度(约670维氏硬度)，内部6约为38洛氏C标度硬度(380维氏硬度)，如图3所示。基板材料富碳的边缘区5从表面2到未渗碳或只渗很少碳的区域6具有一个大约15洛氏C标度硬度/毫米的平均硬度梯度。
本发明这个实施例的基板材料特别适用于制造台式锯和修边锯作为大约55洛氏C标度硬度锉齿的圆锯，而一般用工具钢制造的这种锯的硬度则为43至44洛氏C标度硬度。
为了确定静力抗弯刚度C，用本发明基板材料制造了圆锯片。锯片的静力刚度C为在确定条件下静力载荷情况中施加的一个弯曲力F和由此而在载荷部位产生一个挠度f的商数。该锯片具有表2中锯片序号I列出的直径尺寸DK和厚度D。该锯片一个内圆孔的直径DI为40毫米。该锯片用一个直径DE为118毫米的法兰固定。这样夹紧直径与锯直径的特性比例DE/DK为0.34。施加的弯曲力F和挠度f的测试点位于一个离法兰外缘95毫米的测量圆上。弯曲力为19.7牛顿，并分别加到锯片前侧和后侧上测量圆的四个点上。
表2：锯片尺寸
    锯片号   直径DK(毫米)   厚度D(毫米)
    IIIIII     330350351     2.42.52.5
得出的平均静力抗弯刚度C为143牛顿/毫米，这相当于表3中的第三实施例的抗弯刚度。
例3：
所用的材料：退火的10Ni14冷轧钢带，
试件厚度：D＝2.5至3.0毫米。
按第一实施例的过程参数在多个试件上进行了薄层渗碳，从中得出图2所示曲线，边缘层5分别达到大约0.5至0.6毫米的平均渗碳深度At。热化学处理过的基板钢的边缘区5的渗碳深度At与基板材料的厚度D的商数的平均值约为0.20。图2还示出了表面2的含碳量约为0.60至0.65％(重量百分比)之间。基板钢富碳的边缘区5从表面2到非富碳的区域6具有一个大约0.48％(重量百分比)碳/毫米的平均碳梯度。与先有技术比较，这个很低的梯度值不但使表面2上达到了一个高的耐磨强度，而且也使本发明的基板材料达到一个高的总体刚度值。
下面基本上按第一实施例的相同条件在基板材料的钢板1的良好平面性情况下进行的淬火所得出的硬度值比第一实施例稍低一些。在200℃温度回火三小时以后，表面2上的硬度值达到大约54洛氏C标度硬度(约650维氏硬度)，内部6则约为31洛氏C标度硬度(310维氏硬度)。基板材料富碳边缘区5从表面2到未渗碳或渗碳很少的区域6具有一个大约17至20洛氏C标度硬度/毫米的平均硬度梯度。
在渗碳的基板钢淬火和回火以后，对尺寸为12.5毫米×3毫米的六个试件进行了抗拉强度试验。得出的抗拉强度Rm的平均值约为1550牛顿/毫米2，而用公知的基板材料渗碳的工具钢淬火和回火后的抗拉强度的平均值Rm则为1600牛顿/毫米2。
在渗碳的基板材料淬火和回火以后对另外六个尺寸为55毫米×10毫米×3毫米的试件进行了冲击韧性试验，得出的冲击韧性的平均值约为60焦耳/厘米2，用公知基板材料淬火的渗碳工具钢的六个试件进行的比较试验得出的平均冲击韧性值约为52焦耳/厘米2。
这些试验表明，用本发明基板材料可达到的平均抗拉强度值Rm与用公知的基板材料达到的抗拉强度Rm大致相同，但对锯片在锯削过程中载荷情况下很重要的冲击韧性的平均值却比工具钢基板材料淬火情况下的冲击韧性值高15％左右。
通过金相分析确定了离表面2不同距离的本发明基板材料的最佳组织成份。这种组织结构在图3中用四个显微视场9、10、11、12示意表示。富碳的边缘区5由一种回火的混合组织(视场9、10、11)组成。这种混合组织含有马氏体、部分为碳化物的析出物、很少一部分为残余奥氏体和中温组织，其中马氏体成分随表面2离非渗碳区6方向的距离的不断增加而首先上升到一个最大值(视场10)，然后在非渗碳区6几乎消失。残余奥氏体成分或中温组织成分则随表面2离非渗碳区6方向的距离的不断增加而首先下降到一个局部最小值(视场10)，然后略有上升(视场11)，最后在非渗碳或很少渗碳的区域6内返回到局部最小值下方。视场12表示内部区域6的铁素体-珠光体组织结构，这是表示渗碳基板钢特性的基本组织。
至于本发明基板材料中产生的内应力是这样确定的：当热化学处理过的基板钢在淬火和回火以后边缘区5离表面2的距离小于渗碳深度At时，最大受压内应力为大约0.9千兆帕，最好为0.40和0.75千兆帕之间的范围则分别为最佳的比例。与此相反，在用公知的工具钢制造的基板材料则在外边缘区5产生受拉内应力。这种受拉内应力在锯运行过程中容易产生裂纹和裂纹扩展，或一开始就出现这种现象。此外，这种现象与在工具经常使用时重复的温度变化联系在一起还可加速材料疲劳。
此外，如果热化学处理的基板钢在淬火和回火以后基板材料离表面2的距离等于或稍大于渗碳深度At时具有大约到0.60千兆帕的最大受拉内应力，最好只为0.20千兆帕的范围，则是有利的。在这个范围内产生较高的受拉内应力时容易在材料中形成淬火裂纹。所以，特别当受拉内应力随离表面2的距离的不断增加而重新下降，然后离表面2的距离大于渗碳深度At时产生的受压内应力最大达到大约0.30千兆帕的范围，则是有利的。本发明基板材料内的内应力分布不需要用校直锤或机器拉紧锯片。
本发明这个实施例的基板材料特别适用于制造大约57洛氏C标度硬度的锉齿的圆锯。
为了确定静力抗弯刚度C，用本发明基板材料制造了两片圆锯片，锯片的静力抗弯刚度C按第二实施例所述的方法确定。锯片具有表2中II号和III号列出的直径尺寸DK和厚度D。锯片内圆孔的直径DI与第二例相同，即为40毫米。锯片用一个与第二例相同直径DE的法兰来固定。同样测量点的位置和弯曲力的大小都与本发明第二实施例相同。求出的抗弯刚度的平均值列于表3中。回火温度与上述值不同，大约为180℃(II)和大约220℃(III)。
表3：抗弯刚度C的测量值
    锯片号 抗弯刚度C牛顿/毫米(平均值)
    IIIIII     143147142
根据热化学处理和淬火的基板钢的质量在考虑到钢的回火稳定性的情况下，回火温度通常以150至350℃为宜。基板材料的组织结构和物理性能例如淬火变化曲线除了通过热化学处理和淬火的工艺参数外也可通过回火温度和回火时间来控制。在这些试件表面上测定的硬度值大约为57至58洛氏C标度硬度。
在图4中，根据表3所列的其它求出的值与用淬火工具钢的一种常规基板材料和一种本发明的基板材料在固定直径与锯直径的特性比例DE/DK＝0.34时，对不同钢板厚度D情况下的静力弯曲刚度C的曲线进行了对应比较。结果表明，用于锯片的本发明的基板材料的弯曲刚度C可达到传统锯片的1.5～2倍。
图5表示在按第3实施例用本发明基板材料制造的15毫米宽和2.8毫米厚的平面试件上进行三点弯曲试验的结果。试件的支座距离为30毫米。图中示出的力-挠度曲线为1000个测量值得出的。如曲线所示，在挠度f约为0.75毫米时超过弹性极限后，大约在挠度f为2.00毫米时的弯曲力F过到最大值大约8100牛顿(810daN)。在这点上产生的最大弯曲应力约为3050牛顿/毫米2。然后在弯曲力下不断下降时观察试件的挠度，必须指出，在挠度f约为3.75毫米时产生的断裂不是剪切断裂，而是变形断裂。本发明基板材料的这种断裂特性对用这种材料制造的锯片等提供了一个“放在一边的”机会，亦即在出现断裂之前可进行一次更换，从而提高了运行可靠性。
综上所述，用本发明基板材料制造的各种锯、切割圆盘等与先有技术比较具有如下的优点：
-由于均匀的渗碳可制造其特性具有高度可重复性的工具；
-可平衡热轧和淬火过程中迄今为止不可避免的脱碳，从而不用再磨表面。在冷轧时可在考虑热化学处理产生的尺寸变化的情况下确定要求的材料厚度D；
-通过有目的的热化学处理和必要时随后的热处理可在相同运行或防断裂安全情况下根据分级的结构达到工具表面较高的硬度；
-在基板钢进行热化学处理后可通过淬火就可产生细粒结构的淬硬组织，从而可取消随后的淬火过程，或可通过双重淬火更进一步提高物理性能；
-通过在热化学处理、淬火和回火时有目的选择处理参数存在着许多自由度来产生本发明的碳分布特性、硬度分布曲线、内应力分布和组织分布及其对要求构件性能的影响；
-既在退火钢断面的切断过程中，也在金属加工中的高圆周速度时温度增加的情况下减少锯的热裂纹，特别是在所谓的熔断锯时；
-由于内部很少的含碳量避免了在不希望的热能输入时为操作人员安全引起担忧变脆的危险；
-由于表面和内部的不同组织和在淬火和回火时与此有关的体积变化可在组织转变时在表面产生压应力。相应地，特别是在锯的内应力状态下产生严重的但可控的不均匀性，这种不均匀性对使用性能是有利的，特别是对推迟材料疲劳和表面的裂纹起有利的作用；
-本发明基板材料可提高构件整体强度。从而减少使用过程中产生的弯曲振动，特别是在高转速时的弯曲振动。其结果也降低了噪声。所有迄今为止对锯采取的减噪措施，本发明都原封不动地附加地予以利用；
-混合组织的阻尼性能比纯马氏体的阻尼性能好，所以进一步减少了噪声；
-由于较高的构件强度而可减少锯片厚度，从而由于锯缝很小而减少了锯削损失和对被切断材料的节省；
-在相同的锯片厚度时，由于刚度比较大的锯片可在25至70米/分的较高锯削速度范围内工作，从而显著提高了切削效率；
-由于锯片可达到较高的硬度，所以可代替迄今为止装配硬质合金和钨铬钴合金化的锯或镀硬铬的排锯和圆锯；
-由于垂直于锯削方向不均匀的硬度分布(夹层结构)，所以锯齿整个横截面的磨损速度不同，从而可产生一定的“自磨锐效果”，这对锯的再磨锐也有好处；
-由于产生变形断裂机理给用本发明基板材料制造的锯片提供了一次“放在一边的机会”，从而提高了工作安全性；
-通过部分的热化学处理可避免焊接范围内有干扰的高的含碳量，正好在石料加工的领域内，这是一大优点；
-由于锯的内部较软，所以用楔楔入可制造一种所谓的镦粗齿，这在迄今为止只能在用溴钢时才有可能。
             符号表
1    由基板材料组成的一块钢板
2    1的表面
3    1的端侧面
4    1的纵侧面
5    边缘
6    非富碳区
7    8a、8b外形
8a   锯片坯件，圆锯
8b   锯片坯件，排锯
9    5中的微观视场
10   5中的微观视场
11   5中的微观视场
12   6中的微观视场
At   渗碳深度
C    静力弯曲刚度
D    1的厚度
DE  夹紧直径
DI  内径
DK  锯的直径
F    弯曲力
f    挠度
Rm   抗拉强度

Claims (20)

1.制造锯片特别是圆锯、摩擦锯、排锯锯片以及切削和剃齿装置的基板材料，以一块钢板(1)的形状由其上下两个表面(2)、两个端侧面(3)和两个纵侧面(4)构成的表面(2、3、4)用碳富集的基板钢组成，其中，基板钢的基本含碳量低于0.3％(重量百分比)，其特征是，基板钢由于钢板(1)至少一个表面(2)的热化学处理具有富碳0.5至1.1％(重量百分比)的边缘区(5)，该边缘区(5)在不断减少碳含量的情况下过渡到一个没有或只有少量碳的内部区(6)，而在侧面(3、4)上的基板材料则具有由富碳的边缘区(5)和由非富碳的区(6)构成的夹层结构，并根据富碳边缘区(5)的一个选定的深度在热化学处理的基板钢进行一次淬火和回火后，钢板(1)的厚度D的最多50％左右基本上具有基板钢原有的硬度或稍高的硬度，而钢板(1)的厚度D的至少50％左右则具有较高的硬度。
2.按权利要求1的基板材料，其特征是，基板钢由于热化学处理具有从两表面(2)用碳富集的边缘区(5)，而且基板材料的侧面(3、4)具有由两个富碳的边缘区(5)和由一非富碳的内部区(6)构成的夹层结构。
3.按权利要求1或2的基板材料，其特征是，为了使边缘区(5)富碳，基板材料进行了渗碳。
4.按权利要求1或2的基板材料，其特征是，为了使边缘区(5)富碳，基板材料进行了碳氮共渗。
5.按权利要求1或2的基板材料，其特征是，基板钢是一种非合金的结构钢。
6.按权利要求1或2的基板材料，其特征是，基板钢是一种低合金的结构钢。
7.按权利要求1或2的基板材料，其特征是，从热化学处理的基板钢边缘区(5)的含碳量0.35％(重量百分比)的渗碳深度At和从基板钢的厚度D得出的商数为0.15至0.40。
8.按权利要求1或2的基板材料，其特征是，根据富碳边缘区(5)的选定深度在热化学处理的基板钢进行一次淬火和回火后，基板材料最多大约三分之一的厚度D基本上具有基板钢原有的硬度或稍高的硬度，而基板材料至少大约三分之二的厚度D则具有较高的硬度。
9.按权利要求1或2的基板材料，其特征是，基板钢富碳的边缘区(5)从表面(2)到非富碳区(6)具有一个大约0.25至0.75％(重量百分比)碳/毫米的平均碳梯度。
10.按权利要求9的基板材料，其特征是，基板钢富碳的边缘区(5)从表面(2)到非富碳区(6)具有一个0.40至0.50％(重量百分比)碳/毫米的平均碳梯度。
11.按权利要求1或2的基板材料，其特征是，热化学处理的基板钢在进行一次淬火和回火后，表面(2)范围具有的硬度大约为50至63洛氏C标度硬度，而非富碳区(6)的硬度则为20至40洛氏C标度硬度。
12.按权利要求1或2的基板材料，其特征是，热化学处理的基板钢在进行一次淬火和回火后，非富碳区(6)的硬度为30至35洛氏C标度硬度。
13.按权利要求1或2的基板材料，其特征是，热化学处理的基板钢在进行一次淬火和回火后，离表面(2)的距离小于渗碳深度At的边缘区(5)具有大约到0.90千兆帕范围内的最大受压内应力。
14.按权利要求13的基板材料，其特征是，热化学处理的基板钢在进行一次淬火和回火后，离表面(2)的距离小于渗碳深度At的边缘区(5)具有在0.40和0.75千兆帕之间的最大受压内应力。
15.按权利要求1或2的基板材料，其特征是，热化学处理的基板钢在进行一次淬火和回火后，离表面(2)的距离大约等于或稍大于渗碳深度At的基板材料具有大约到0.60千兆帕范围内的最大受拉应力。
16.按权利要求15基板材料，其特征是，热化学处理的基板钢在进行一次淬火和回火后，离表面(2)的距离大约等于或稍大于渗碳深度At的基板材料具有到0.20千兆帕范围内的最大受拉应力。
17.按权利要求1或2的基板材料，其特征是，热化学处理的基板钢在进行一次淬火和回火后，离表面(2)的距离大于渗碳深度At的基板材料具有大约到0.30千兆帕范围内的最大受压内应力。
18.按权利要求1或2的基板材料，其特征是，富碳的边缘区(5)由回火的混合组织(9、10、11)组成，这种组织含有碳化物的析出物、马氏体、少量的残余奥氏体和中温组织，其中马氏体成分随离表面(2)沿非富碳区(6)的方向逐渐增加的距离首先上升到一个最大值(10)，然后在非富碳区(6)几乎下降到零，而残余奥氏体成分或中温组织的成分则随表面(2)离非富碳区(6)的方向逐渐增加的距离首先下降到一个局部的最小值(10)，然后稍有上升(11)，最后在非富碳区(6)内返回到局部最小值(10)下方。
19.按权利要求1或2的基板材料，其特征是，基板钢在表面(2)的范围内只进行了部分的热化学处理。
20.按权利要求1或2的基板材料，其特征是，基板材料没有或只有少量碳的区域(6)的整个厚度D和/或基板材料表面(2、3、4)上没有或只有少量碳的内部区(6)由原材料的一种铁素体-珠光体混合结构(12)组成和/或由贝氏体组成。
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