文中主要从金刚石锯片基体材料缺陷分析金刚石锯片基体产生裂纹的原因以及金刚石锯片基体失效机理。

 

 

目前金刚石锯片基体用钢以中高碳弹簧钢为主，中高碳弹簧钢材料中非金属夹杂、组织不均、微裂纹和表面缺陷等均可成为疲劳裂纹的可能源区，而促使锯片基体发生早期失效。中高碳弹簧钢中的非金属夹杂物、表面缺陷和带状偏析是影响锯片基体使用寿命的主要因素，由于金刚石锯片基体表面有麻坑、缺陷或次表层有密集分布的碳化物粒子或带状偏析，这些作为疲劳源从而促进了锯片基体发生疲劳失效。另外由于材料断裂韧性低，这就促使锯片基体过早地发生疲劳断裂。

 

 

金刚石锯片基体用钢中非金属夹杂物主要是在冶炼过程中产生的Al2O3和TiN等夹杂物。它们对疲劳性能的影响一方面取决于夹杂物的类型、数量、尺寸、形状和分布；另一方面受锯片钢基体组织和性质制约，与基体结合力弱的尺寸大的脆性夹杂物和球状不变形夹杂物的危害。而且，中高碳弹簧钢的强度水平愈高，夹杂物对疲劳极限的有害影响也愈显著。

 

 

表面质量问题主要分三类：

 

一是明显的轧制缺陷、折迭和耳子缺陷以及部分划伤翘皮，主要由于轧钢设备陈旧、精整设施落后和孔型设计调整不到位引起的。另外坯料表面修磨不当，产生尖角棱子及凹坑划伤，经轧制后也易形成折迭缺陷；

 

二是表面裂纹，它在钢材表面呈纵向连续或断续分布，主要是由于坯料残存的裂纹和皮下缺陷引起的，乳制应力及冷却不当也会产生表面裂纹；

 

三是表面划伤及翘皮，这与工装条件及操作不当有关，在打包、运输过程中也会产生擦伤。它们的存在必然是材料产生失效的起源点，易直接导致材料断裂。但对于局部较小的凹坑、划伤、疤皮、麻点等缺陷，人们一般不太重视，它们的存在有的虽是标准允许的，不会成为失效的主因，但它们存在的区域肯定是材料的薄弱部位，在材料整体塑性不好时它们也会成为开裂的突破口。由于在失效时小缺陷已受到破坏或取样时未检验到具体部位，所以失效分析中往往忽略了这一因素。

 

 

在利用连铸生产中高碳弹簧钢时有时会出现负偏析带（白亮带），负偏析主要是由于电磁搅拌不当或冷却过程不稳定造成的。凝固过程中不可避免存在选分结晶。碳在铁中的偏析系数K值为0.13,由此可计算出如碳含量为0.55%左右的钢液开始结晶时的枝晶干上碳含量Cs为0.0715%;在电磁搅拌的作用下，树枝晶将被切断，一部分被切断的枝晶将被溶化，剩余部分枝晶将被搅拌旋流逐渐旋至中心附近形成晶核，使部分钢水先凝固形成负偏析；另一方面，在连铸工艺中，中心疏松和偏析不可能完全消除，因为连铸坯在凝固过程中总存在周期性的树枝晶搭桥现象，在搭桥处由于优先结晶，也形成负偏析。

 

负偏析处由于碳含量较低，在硫印和酸浸低倍试片上呈白亮线条，在热加工后仍然可能保留下来。由于经过变形，热加工后在截面上表现为宽度很窄的白亮条带状。具有带状偏析的弹簧钢，在淬火加热时，在奥氏体相区，带状铁素体的周围碳原子将向内部扩散，但是由于加热保温时间较短，而且Si、S偏析对碳原子的阻碍作用，原负偏析带状铁素体内的碳原子浓度仍低于周围组织的碳含量。经过淬火后，带状偏析组织形成含碳量低于周围的马氏体组织，经过回火后形成碳含量低于周围组织的白亮带状回火索氏体。

 

在原材料中存在带状偏析，会严重的影响到金刚石锯片基体用钢的疲劳寿命。这是因为在循环载荷下，金刚石锯片基体用钢中的游离带状组织由于强度相对较低，很容易产生疲劳裂纹源，当裂纹在外力作用下扩展到一定程度后则锯片基体就会失效。

 

另一方面，带状偏析导致在加热过程中合金含量低的带内晶粒易于粗化，形成粗大的晶粒；合金含量高的带内存在大量的细小的合金碳化物，阻碍了晶粒的长大而获得细小的晶粒。淬火加热时带状铁素体周围的碳原子向其带内扩散，但由于加热温度不太高，加热时间较短，加上Si源子的阻碍，原铁素体偏聚区的奥氏体与周围的碳原子未能达到均匀，淬火后导致马氏体转变的不同，致使在带间产生大的组织应力。

 

研究发现，马氏体相变时的组织应力与晶粒尺寸有密切关系，粗大的晶粒增大了淬火裂纹的倾向；同时，在淬火的过程中，非金属夹杂物沿晶界偏聚呈带状分布，该类夹杂物质软，与基体结合强度差，破坏了锯片基体的连续性，导致大晶粒的晶界弱化和变形协调性较差，致使晶界应力集中。所以在应力的作用下，脆性相和带状夹杂物成为裂纹的发源地，促进淬火裂纹形成并迅速扩展，扩展到纵向中心线附近时，变形受到约束，从而以裂纹的形式释放应力，诱发淬火裂纹的产生。