预合金粉末在切割花岗岩锯片生产中的应用研究张绍和％星好杨仙（中南大学地学与环境工程学院，长沙410083）中的作用，探讨了某种预合金胎体中金刚石参数设计的合理范围。研究发现，采用湿法冶金工艺制造的ZSF预合金粉末，能够显著提高胎体把持金刚石的能力和胎体的耐磨性；对于雾化法得到的ZWW预合金粉末和ZSF预合金粉末组成的胎体锯片，金刚石浓度为18%时即能够保证有较好的锋利度、耐磨性以及加工质量。
石材加工行业中，加工花岗岩的金刚石工具需求量越来越大。花岗岩是一种硬度高、脆性大、成分复杂的天然石材，其加工性十分特殊。然而国内加工花岗岩的金刚石锯片质量不太理想，在加工过程中，往往开始的时候很锋利，使用过程中金刚石出刃不好、脱落严重，致使效率不高、使用寿命不长，延长了工时，又加了成本所以石材加工商迫切需求专用、高质量金刚石锯片，但是这方面的研究仍然很少，人们仍然满足于现有的配方设计方法，阻碍了金刚石制品技术的发展。
因此，很有必要继续研究预合金胎体金刚石锯片的切割性能，探索预合金胎体金刚石锯片中配方成分、比例以及金刚石参数的合理设计。
1试验条件6种金刚石锯片，这6种锯片胎体都由预合金粉末或加入部分预合金粉末热压烧结而成，其胎体配方及金刚石浓度见表1.为了方便比较，选用的金刚石都为JRD380，粒度都为425/300屮m）其中预合金粉末ZWC是通过雾化法制得的，其主要成分为Cu（质量分数约80%）Sn（质量分数约15%）等；预合金粉末ZSF是通过湿法冶金工艺制取的，其主要成分为Fe（质量分数约85%）Co（质量分数约10%）等；所用的单元素粉末有Co、Ni、Mn等。6种锯片的规格均为Y400mm，试验时用于切割花岗岩。除1锯片的节块为普通形状外（刀头尺寸为40mmX3.6mmX10mm）其它5种锯片皆为双刀头节块（刀头尺寸为18mmX 3.6mmX10mm）即钢体单个齿上焊接两个节块。锯片采用高频方式焊接。1锯片胎体配方中单元素粉末Co含量（质量分数，以下同）约15%、Ni含量约15%、Mn含量约5%；锯片胎体配方中单元素粉末Co含量约25%、Ni含量约25%；3锯片胎体配方中单元素粉末Co含量约10%、Ni含量约10%、Mn含量约5%.具体配方设计和制造工艺列于表1.切割对象选用某地产的灰白色花岗岩，该花岗岩矿物组成大概为：石英占20%~30%，斜长石占60%~70%，黑云母及其它硅酸盐矿物约占10%.表1 6种锯片的设计与制造工艺参数锯片编号胎体粉末质量分数/%ZWC预ZSF预其它单元合金粉末合金粉末素粉末烧结温度厂C金刚石浓度刀头形状普通形双刀头2试验方法和结果将上述6种锯片，在试验台上通过自动台式切割机进行试切，石材锯切深度均为17mm，冷却水流量为1L/min，每种锯片分别米用2m/min、3m/min、4m/min、5m/min、6m/min5种切速切割同种灰白色花岗岩，每种切速下各锯片切割长度为10m.自动台式切割机的功率为18.5kW，锯片转速均为2200r/min.每锯切完面积约为0.2m2的岩石后，狈量一次锯片在半径方向上的磨耗量，用Ar表示。锯片锋利度通过锯片切割时走刀电流的大小来体现（走刀时电流越大则锋利度越差）。锯片耐磨性采用节块磨耗比进行比较，节块磨耗比为锯切面积（用A表示）与Ar的比值，即A/Ar，磨耗比越大，则节块单位消耗所切割的岩石量越多，即耐磨性越好，锯片寿命越长。试验结果列于表2，并根据表2数据绘制出各锯片不同切速与电流、磨耗比的关系，见图表2 6种锯片切割花岗岩试验数据表6种锯片不同切速下的电流值6种锯片不同切速下的磨耗比锯片编号切速（2m/切速（3m/切速（4m/切速（5m/电流/A磨耗比/电流磨耗比/电流/磨耗比/电流磨耗比/电流磨耗比身耐磨笕所以2锯片寿命不及a锯片clish石主要熠剪切作用破碎岩石进入工作状态后i金刚bookmark3 3分析与讨论3.16种锯片对比分析锯片在5种切速下锋利度始终是*差的。这是因为锯片锋利度决定于金刚石浓度、金刚石粒度、金刚石强度、胎体包镶金刚石的能力以及锯切规程等因素，由于本试验中各种锯片的金刚石粒度、强度都相同，因此，在同一切速下，锯片的锋利度主要决定于金刚石的浓度及胎体包镶金刚石的能力这两个因素。
在其它条件相同的情况下，金刚石浓度有个合适的范围，在这个范围之内，锯片锋利度一般随金刚石浓度的提高而降低；低于这个范围，由于同一切削线上相邻两颗金刚石的间距过大，导致每颗金刚石的切削厚度大，容易造成金刚石颗粒非正常失效而使得锯片无法切削；超过这个范围，由于单位面积金刚石颗粒数多，减弱了锯片胎体对金刚石的把持力，使金刚石颗粒脱落率大，而不会起到加切削刃的作用5.锯片在6种锯片中的耐磨性不是*高的，这是由于锯片耐磨性不仅与金刚石参数有关，还与胎体耐磨性及胎体把持金刚石的能力有关。由于1锯片胎体主要成分为ZWC预合金粉末，加上其他的元素粉末，其物理性能不理想，胎体的耐磨性差，容易磨损，对金刚石的把持力不强，造成金刚石的切削能力没有发挥完全就较早脱落，所以1锯片寿命不是*高的。
2锯片和3锯片金刚石参数完全相同而胎体成分不同。从、可以看出，在大部分走刀速度下，3的电流始终要小于2即3锯片锋利度高于2锯片；而且在大部分走刀速度下，3的耐磨性要高于2；从切割石材的质量情况来看3也好于2；且试切后观察3刀头胎体唇面较2金刚石出刃好，脱落也少。比较3和2的胎体成分，3锯片胎体中加入了25%的ZSF预合金粉末，这说明ZSF预合金粉末能够起到改善胎体包镶能力、提高胎体耐磨性的作用。ZSF预合金粉末的主要成分为Fe、Co，其中的Fe、Co都能与金刚石表面形成碳化物，产生冶金结合，在820*C的烧结温度下，虽然Fe对金刚石表面有轻度刻蚀，但并不会影响金刚石强度。
而未加ZSF预合金粉末的胎体对金刚石的作用力为机械包镶力，所以金刚石容易脱落，再加上胎体本4、5、6锯片除金刚石浓度不同外，其它参数都相同。比较这3种锯片，从、中可以看出，大部分情况下5锯片的锋利度*好，4锯片次之，6锯片*差；而锯片耐磨性在较低切速下，一般是6锯片高于5锯片，4锯片*低。且从试验中观察这3种锯片刀头唇面情况、崩边情况，5锯片刀头唇面金刚石脱落和出刃较4和6锯片好，且切割质量也较好。这一结果基本符合常规认识，即随着金刚石浓度的大锯片的锋利度降低，而耐磨性高。同时也说明，对于设计的由ZWC预合金粉末与ZSF预合金粉末组成的混合预合金粉末胎体，金刚石浓度为18%时即能够保证较好的锋利度、耐磨性及加工质量，得到较好的性能价格比。这表明采用两种预合金粉末组成的胎体在一定范围内，可降低金刚石浓度，从而减少锯片制造成本。
比较3锯片和5锯片。在5种切速下，3锯片锋利度大多优于5锯片，而3锯片金刚石浓度为24%，5锯片金刚石浓度为18%.一般理解，金刚石浓度越高，锯片的锋利度应有所降低，但本试验结果并非如此。原因在于3锯片的胎体中加了部分元素粉末，5锯片的胎体中全部为预合金粉末，这样5锯片胎体对金刚石的包镶能力肯定强于3锯片。观察3锯片和5锯片，发现3锯片胎体对金刚石的把持能力不及5锯片，即3锯片工作时金刚石的新陈代谢速度较快（金刚石脱落速度快）表现出锯片有较高的锋利度，而实际上金刚石并未完全发挥作用就脱落了。同时也说明5锯片配方中所设计的金刚石浓度偏低，若将金刚石浓度提高到20%左右，其锋利度可能好于3锯片。
上述分析说明：预合金粉末用于制造金刚石锯片有利于强胎体的物理力学性能，可提高对金刚石的把持力fr'降低金刚石的用量，改善石材的切割质量。
3.2锯切规程的选择及花岗岩崩边产生的原因从中可知，6种锯片的电流值皆随锯片切速的大而大，金刚石脱落破碎也越明显，花岗岩切割质量也随之变差（即石材崩边情况严重）这个现象产生的原因与锯片锯切过程中花岗岩的去除过程及其受力情况有关。
金刚石锯片切割花岗岩过程中，每颗金刚石的切削过程为：由空转状态进入工作状态的瞬间，金刚石一方面靠法向压力刻取岩石，一方面仍然靠切向力剪切破碎岩石。对于锯片运动学过程的研究，国内外已有不少成果8-1，其中，*重要的是求解单颗金刚石的切削厚度T（：，其计算公式为101：刀速度；Vt为锯片的圆周线速度；为金刚石颗粒直径；c为锯片的金刚石浓度；a为锯片上切削金刚石半径位置角度。
由公可知，随着锯片切速的增大，每颗金刚石单位时间刻取的岩石材料越多，施加于金刚石的压力越大；同时，由于金刚石切削厚度增大，金刚石剪切破碎岩石所受的抵抗力也随着增大，因而锯片走刀电流值增大，且金刚石破碎、脱落量增多。
对于花岗岩崩边问题，可以通过对金刚石的切削过程进行力学分析。对花岗岩进行切断加工时，花岗岩下部边角容易产生整块破断（见）。假设以晶粒1、2、3、4、5结合的整体作为分析对象，那么此块体受到作用在其上面若干金刚石的切向力fv和法向力/n，其合力为/1，同时受到与其相连接的各晶粒的晶面结合力/2，当/l〉/2时，此块体就会沿其晶面整体断开，形成崩边，影响花岗岩板材的外部形象。崩边是不可避免的，但是可以减小崩边的程度。从上面的分析可知，为了减小花岗岩崩边的程度，应尽量减小金刚石的作用力/1.同种锯片随着切速的增大，金刚石合力增大，当超过某一块体的晶面结合力时就会使其整体断开。另外，花岗岩崩边程度还与锯片平稳度有关。如果锯片锋利度差，切割过而形成崩边。锯片锋利度越差，锯片振动幅度越大，花岗岩崩边就会越严重。
4结论ZSF预合金粉末中Fe、Co能与金刚石表面形成碳化物，产生冶金结合，从而起到改善胎体包镶能力，提高胎体耐磨性的作用。
对于设计的只有ZWC与ZSF组成的混合预合金粉末胎体，金刚石浓度为18%时即能够保证较好的锋利度、耐磨性以及加工质量。金刚石浓度超过22%时，胎体对金刚石的把持力就会减弱，容易造成金刚石非正常失效。从而表明采用这两种预合金粉末组成的胎体，在一定范围内，可降低金刚石浓度，从而减少锯片制作成本。
虽然只有金刚石参与切削碎岩作用，但胎体成分对锯片锋利度也具有重要影响。胎体对金刚石把持力越高，锯片锋利度越好；胎体耐磨性过高，由于金刚石逐渐磨平而无法脱落，使锯片锋利度逐渐变差。
花岗岩崩边主要是由于作用于底面若干晶粒组成的块体上金刚石的作用合力/1大于作用于块体表面的晶面结合力/2导致而成的；也可能是由于锯片振动而产生的冲击力导致而成的，锯片锋利度越差，锯片振动幅度越大，花岗岩崩边就会越严重。
