專利名稱：一種串珠式金剛石繩鋸用鋼繩及其制作方法
技術領域：
本發明涉及一種串珠式金剛石繩鋸用鋼繩及其制作方法。
背景技術：
金剛石繩鋸又稱金剛石串珠鋸，是一條按一定間隙固定好金剛石串珠的鋼繩，鋼絲繩是由多股鋼絲扭絞而成。目前是世界上最先進的石材開采設備，作為新一代切削工具已經被廣泛應用于石材、機械、建筑施工領域，主要用于石材開采加工、鋼筋混凝土建筑物拆除和修整、玻璃材料加工、海底構件的維修。由于鋼繩與石材、混凝土等材料的摩擦大，串珠體與鋼繩之間的摩擦、材料碎屑進入鋼繩中與鋼繩產生的摩擦等多種因素的影響，金剛石繩鋸的鋼繩很容易發生斷裂。如何獲得高強度、高耐磨性的鋼繩是急需解決的技術問題。
發明內容
本發明要解決現有串珠式金剛石繩鋸用鋼繩易斷裂、使用壽命短的技術問題。為此本發明提供了一種金剛繩鋸用鋼繩，由多股鋼絲扭絞而成，鋼絲由金屬層和非晶態合金涂層組成。本發明提供的技術方案是一種串珠式金剛石繩鋸用鋼繩，由多股鋼絲扭絞而成， 鋼絲由金屬線和包覆在金屬線外表面的非晶態合金涂層組成。非晶態合金又稱為金屬玻璃，具有長程無序、短程有序的亞穩態結構特征。固態時其原子的三維空間呈拓撲無序排列，并在一定溫度范圍內這種狀態保持相對穩定。與傳統的晶態合金相比，非晶合金具備很多優異的性能，如高強度、高硬度、耐磨和耐腐蝕等。與普通線材相比，本發明的鋼繩強度、耐磨性明顯提高。作為優選，金屬線直徑為0. 1-3. 5mm,涂層厚度為2_30um。作為優選，串珠式金剛石繩鋸用鋼繩包括中央的中芯和圍繞中芯外表面的繩護套，中芯有2 4層鋼絲，從里到外各有1-12根鋼絲緊密平行排列；圍繞中芯外表面有3 8組繩護套，圍繞中芯外層呈螺旋狀扭絞，每組繩護套有2-3層鋼絲，從里到外各有1-12根鋼絲緊密平行排列。此種結構的鋼繩內部鋼絲排列十分緊密，能有效阻擋材料碎屑進入鋼繩中與鋼繩產生的摩擦。作為優選，非晶態合金涂層中含有碳化硅微粒。碳化硅在熔融非晶態合金中呈固態，硬度很高，能進一步提高非晶態合金涂層的耐磨性，并且在隨鋼繩的高速運動時也能發揮切削作用，提高工作效率。作為優選，碳化硅微粒與非晶態合金的質量比為1 10，碳化硅微粒的直徑為 10-20um。金剛石繩鋸的鋼絲直徑大都在0. 1 3. 5mm,而熔融的非晶態合金溫度一般在 600 1000°C，細鋼絲與其接觸時很容易因為高溫造成性能變化，本發明通過特殊的加工工藝可以獲得該特殊的非晶金屬絲，具體加工方法為
1)、非晶態合金制備將一種或一種以上非晶態合金置于惰性氣體氣氛下的電弧爐中熔煉，要求真空度小于2X 10_3Pa，熔煉電流為350 550A，銅模鑄造條件下制成母合金；2)、非晶態合金與金屬線復合將制備好的母合金裝入高頻加熱石英爐中，加熱熔融母合金并保溫；將金屬線快速經過裝有熔融狀態非晶態合金的石英爐擠出口，通過的速度為4 IOOOmm/秒，使金屬線外表面均勻地涂覆上一層合金液，經過石英爐后合金液快速冷卻使金屬線外表面均勻地涂覆上了一層非晶態合金復合層，從而得到由非晶態合金改性的鋼絲。3)、扭絞制繩將多根上述制備好的由非晶態合金改性的鋼絲扭絞成金剛石繩鋸用鋼繩。由于在2)非晶態合金與金屬線復合過程中嚴格控制了鋼線通過熔融非晶態合金擠出口的速度，從而控制了金屬層與高溫熔融非晶態合金的接觸時間，使得高溫對金屬層性能基本不產生任何影響，所得的線材能夠滿足金剛石繩鋸的使用要求。為適應不同的切割材質的需要，進一步提高切割線材的強度、耐磨性及耐腐蝕性能與使用壽命，所述的非晶態合金有三種以上時，為使母合金混合均勻，其制備工藝步驟如下1)、非晶態合金制備將高熔點二種或二種以上不同金屬基非晶態合金按比例置于熔融Ti純化過的惰性氣體氣氛下的電弧爐中熔煉，并采用電磁攪拌，要求真空度小于2X 10_3Pa，熔煉電流為 350 550A，熔煉以確保獲得成分均勻的中間合金；第二步將中間合金與其他金屬基非晶態合金按比例放入坩鍋內，將坩鍋置于真空爐中，將真空度抽至ιχιο_2ι^以下，沖入惰性氣體作為保護氣體，惰性氣體的壓力為0. 3 0. 7個大氣壓，在溫度600 1100°C條件下熔煉，然后再銅模鑄造條件下制成母合金；2)、非晶態合金與金屬線復合將制備好的母合金裝入高頻加熱石英爐中，加熱熔融母合金并保溫；將金屬線在收線卷繞輪的牽引下快速經過裝有熔融狀態母合金的石英爐擠出口，通過的速度為1 IOOOmm/秒，讓金屬線外表面均勻地覆上一層合金液，經過石英爐后合金液快速冷卻使金屬線外表面均勻地覆上了一層非晶態合金復合層，從而得到由非晶態合金改性的鋼絲；3)、扭絞制繩將多根上述制備好的由非晶態合金改性的鋼絲扭絞成金剛石繩鋸用鋼繩。由于在1)中分兩步熔煉非晶態合金，保證了合金組分均勻，從而保證在金屬層表面非晶態合金層成分的均勻，保證切割表面質量。當非晶態合金涂層中含有碳化硅時，在1) 非晶態合金制備步驟中，可以將碳化硅與非晶態合金成分一樣分兩步熔煉，使其在鋼絲中的分布更加均勻。非晶態合金中含有碳化硅微粒的金剛繩鋸用鋼繩的制備方法，具有如下工藝步驟1)、非晶態合金制備將一種或一種以上非晶態合金及碳化硅微粒置于惰性氣體氣氛下的電弧爐中熔煉，要求真空度小于2X10_3Pa，熔煉電流為350 550A，銅模鑄造條件下制成母合金；
2)、非晶態合金與金屬線復合將制備好的母合金裝入高頻加熱石英爐中，加熱熔融母合金并保溫；將金屬線快速經過裝有熔融狀態非晶態合金的石英爐擠出口，通過的速度為1 IOOOmm/秒，使金屬線外表面均勻地覆上一層合金液，經過石英爐后合金液快速冷卻使金屬線外表面均勻地覆上了一層非晶態合金復合層，從而得到由非晶態合金改性的鋼絲；3)、扭絞制繩將多根上述制備好的由非晶態合金改性的鋼絲扭絞成金剛石繩鋸用鋼繩。為適應不同的切割材質的需要，進一步提高切割線材的強度、耐磨性及耐腐蝕性能與使用壽命，所述的非晶態合金有三種以上且非晶態合金中含有碳化硅微粒時，為使母合金混合均勻，具有如下工藝步驟1)、非晶態合金制備將高熔點二種或二種以上不同金屬基非晶態合金與一部分碳化硅微粒按比例置于熔融Ti純化過的惰性氣體氣氛下的電弧爐中熔煉，并采用電磁攪拌，要求真空度小于 2X10_3Pa，熔煉電流為350 550A，熔煉以確保獲得成分均勻的中間合金；第二步將中間合金與其他金屬基非晶態合金和剩余的碳化硅微粒按比例放入坩鍋內，將坩鍋置于真空爐中，將真空度抽至IXlO-2Pa以下，沖入惰性氣體作為保護氣體，惰性氣體的壓力為0. 3 0. 7個大氣壓，在溫度600 110(TC條件下熔煉，然后再銅模鑄造條件下制成母合金；2)、非晶態合金與金屬線復合將制備好的母合金裝入高頻加熱石英爐中，加熱熔融母合金并保溫；將金屬線在收線卷繞輪的牽引下快速經過裝有熔融狀態母合金的石英爐擠出口，通過的速度為1 IOOOmm/秒，讓金屬線外表面均勻地覆上一層合金液，經過石英爐后合金液快速冷卻使金屬線外表面均勻地覆上了一層非晶態合金復合層，從而得到由非晶態合金改性的鋼絲，3)、扭絞制繩將多根上述制備好的由非晶態合金改性的鋼絲扭絞成金剛石繩鋸用鋼繩。由于在1)中分兩步熔煉非晶態合金，保證了合金組分均勻，從而保證在金屬層表面非晶態合金層成分的均勻，保證切割表面質量。當非晶態合金涂層中含有碳化硅時，在1) 非晶態合金制備步驟中，可以將碳化硅與非晶態合金成分一樣分兩步熔煉，使其在鋼絲中的分布更加均勻。作為優選，金屬線經過裝有熔融狀態母合金的石英爐擠出口的速度為500-800mm/秒。本發明的有益效果是，本發明提供的金剛石繩鋸用鋼線使用壽命比常規繩延長 80%以上。表明鋼線的強度和耐磨性得到很大改善，大大提高了鋼線的使用壽命，降低了生產成本。
圖1是本發明的第一個實施例中的鋼絲的結構示意圖。圖1中1表示金屬線，2表示非晶態合金涂層圖2 是本發明的第二個實施例中的鋼絲的結構示意圖。圖2中1表示金屬線，2表示非晶態合金涂層，3表示碳化硅微粒
圖3是本發明的第一個實施例的串珠式金剛石繩鋸用鋼繩的結構示意圖。圖3中1表示中芯，2表示繩護套圖4是本發明的第二個實施例的串珠式金剛石繩鋸用鋼繩的結構示意圖。圖4中1表示中芯，2表示繩護套
具體實施例方式實施例一如圖3所示的本發明的串珠式金剛石繩鋸用鋼繩的第一個實施例，串珠式金剛石繩鋸用鋼繩包括中央的中芯和圍繞中芯外表面的6組繩護套。中芯直徑為1.86mm，繩護套直徑為1.57mm，中芯有3層鋼絲，從里到外各有1、6、12根鋼絲緊密平行排列，其中最中心的鋼絲直徑為0. 44mm ；中間層鋼絲直徑為0. 37mm，外層鋼絲直徑為0. 34mm ；6組繩護套圍繞中芯外層呈螺旋狀扭絞，每組繩護套有3層鋼絲，從里到外各有1、6、12根鋼絲緊密平行排列，其中最中心的鋼絲直徑為0. 34mm ；中間層鋼絲直徑為0. 32mm，外層鋼絲直徑為 0. 295mm0鋼絲如圖1所示，由金屬線及包覆在金屬線外表面的非晶態合金層組成。金屬線為鋼線的預變型線材。上述串珠式金剛石繩鋸用鋼繩的制備方法具有如下工藝步驟一 .非晶態母合金料成份比(重量份)
鎳基非晶態合金49.5份
鎂基非晶態合金28.5份
銅基非晶態合金18.5份
鉬基非晶態合金3.5份二.耐磨母合金料制作工藝將高熔點鎂基非晶態合金28. 5份、鉬基非晶態合金3. 5份，置于熔融Ti純化過的惰性氣體氣氛下的電弧爐中熔煉，并采用電磁攪拌，要求真空度小于2 X 10 ,熔煉電流為 350A，熔煉以確保獲得成分均勻的中間合金；第二步將中間合金與鎳基非晶態合金49. 5份和銅基非晶18. 5份放入坩鍋內，將坩鍋置于真空爐中，將真空度抽至IXlO-2I5a以下，沖入惰性氣體作為保護氣體，惰性氣體的壓力為0. 3個大氣壓，在溫度600°C條件下熔煉，然后再銅模鑄造條件下制成母合金100份三.非晶態合金與鋼線涂覆工藝將制備好的母合金裝入高頻加熱石英爐中，加熱熔融母合金并保溫；將己拉伸好的鋼線在收線卷繞輪的牽引下快速經過裝有熔融狀態母合金的石英爐擠出口，通過的速度為V = 500mm/秒，讓鋼絲表面均勻涂覆上一層合金液，經過石英爐后快速冷卻使鋼線表面均勻涂覆上了一層含固體微粒的非晶態合金復合層，從而得到了一種由非晶態合金改性的鋼絲。四.多股鋼絲扭絞成金剛石繩鋸用鋼繩。將實例一所制成的非晶態合金復合層鋼絲制成附圖3所示的串珠式金剛石用繩，繩鋸包括繩鋸中央的中芯和圍繞中芯外表面的繩護套。中芯有3層鋼絲，從里到外各有1、6、12根鋼絲緊密平行排列；圍繞中芯外表面有6組繩護套，圍繞中芯外層呈螺旋狀扭絞，每組繩護套有3層鋼絲，從里到外各有1、6、12根鋼絲緊密平行排列。該串珠式金剛石繩鋸用鋼繩主要用于礦山開采和混凝土 /鋼結構切割繩鋸、實際使用期比常規繩延長 100% ---120%。實施例二 如圖4所示的本發明的串珠式金剛石繩鋸用鋼繩的第二個實施例，串珠式金剛石繩鋸用鋼繩包括中央的中芯和圍繞中芯外表面的6組繩護套。中芯直徑為1.74mm，繩護套直徑為1. 465mm,中芯有3層鋼絲，從里到外各有1、6、12根鋼線緊密平行排列，其中最中心的鋼絲直徑為0. 42mm ；中間層鋼絲直徑為0. 38mm，外層鋼絲有兩種規格，其中6根直徑為0. 38mm、6根直徑為0.觀讓，兩種鋼絲間隔排列；6組繩護套圍繞中芯外層呈螺旋狀扭絞，每組繩護套有2層鋼絲，中間一根，外層6根鋼絲緊密平行排列，其中中心的鋼絲直徑為 0. 525mm ；外層鋼絲直徑為0. 47mm。鋼絲如圖2所示，由金屬線及包覆在金屬線外表面的含碳化硅微粒的非晶態合金層組成。金屬線為鋼線的預變型線材。上述串珠式金剛石繩鋸用鋼繩的制備方法具有如下工藝步驟一.含碳化硅微粒非晶態母合金料成份重量份數
鎳基非晶態合金66.5 份鎂基非晶態合金18.5 份鋯基非晶態合金6.0份鐵基非晶態合金5.5份鈰基非晶態合金3.5份
碳化硅固體微粒(粒徑為10-20nm) 10份二.非晶態母合金料制作工藝將高熔點鎂基非晶18. 5份、鋯基非晶6. 0份和鈰基非晶3. 5份，置于熔融Ti純化過的惰性氣體氣氛下的電弧爐中熔煉，并采用電磁攪拌，要求真空度小于2X 10_3Pa，熔煉電流為550A，熔煉以確保獲得成分均勻的中間合金；第二步將中間合金與鎳基非晶66. 5 份和鐵基非晶5. 5份、碳化硅微粒10份放入坩鍋內，將坩鍋置于真空爐中，將真空度抽至IXlO-2I^以下，沖入惰性氣體作為保護氣體，惰性氣體的壓力為0. 5個大氣壓，在溫度 1100°C條件下熔煉，然后再銅模鑄造條件下制成母合金100份三.非晶態合金與線材涂覆工藝將制備好的母合金裝入高頻加熱石英爐中，加熱熔融母合金并保溫；將己拉伸好的鋼線或鍍鋅線材在收線卷繞輪的牽引下快速經過裝有熔融狀態母合金的石英爐擠出口， 通過的速度為V = 800mm/秒，讓鋼絲表面均勻涂覆上一層合金液，經過石英爐后快速冷卻使鋼線表面均勻涂覆上了一層含固體微粒的非晶態合金復合層，從而得到了一種由非晶態合金改性的鋼絲。
四.多股多股鋼絲扭絞成金剛石繩鋸。鋼絲扭絞成金剛石繩鋸。將實例二所制成的非晶態合金復合層鋼絲制成附圖4所示的串珠式金剛石用繩鋸，串珠式金剛石用繩鋸包括中央的中芯和圍繞中芯外表面的繩護套。中芯有4層鋼絲，從里到外各有1、6、6、6根鋼絲緊密平行排列；圍繞中芯外表面有6組繩護套，圍繞中芯外層呈螺旋狀扭絞，每組繩護套有2層鋼絲，從里到外各有1、6根鋼絲緊密平行排列。該金剛石繩鋸用鋼繩主要用于異型(圓柱，曲面)石材加工繩鋸、其中鍍鋅線材將用于石材(花崗巖) 板材多組切割繩鋸、實際使用期比常規繩延長80% —-120%。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種串珠式金剛石繩鋸用鋼繩，由多股鋼絲扭絞而成，其特征是所述的鋼絲由金屬線和包覆在金屬線外表面的非晶態合金涂層組成。
2.權利要求1所述的串珠式金剛石繩鋸用鋼繩，其特征是金屬線直徑為0.1-3. 5mm, 涂層厚度為2-30um。
3.權利要求1所述的串珠式金剛石繩鋸用鋼繩，其特征是其包括中央的中芯和圍繞中芯外表面的繩護套，中芯有2 4層鋼絲，從里到外各有1-12根鋼絲緊密平行排列；圍繞中芯外表面有3 8組繩護套，圍繞中芯外層呈螺旋狀扭絞，每組繩護套有2-3層鋼絲，從里到外各有1-12根鋼絲緊密平行排列。
4.權利要求1所述的串珠式金剛石繩鋸用鋼繩，其特征是非晶態合金涂層中含有碳化硅微粒。
5.權利要求4所述的串珠式金剛石繩鋸用鋼繩，其特征是碳化硅微粒與非晶態合金的質量比為1 10，碳化硅微粒的直徑為10-20um。
6.權利要求1至3任一項所述的串珠式金剛石繩鋸用鋼繩的制備方法，其特征是具有如下工藝步驟1)、非晶態合金制備將一種或一種以上非晶態合金置于惰性氣體氣氛下的電弧爐中熔煉，要求真空度小于 2X 10_3Pa，熔煉電流為350 550A，銅模鑄造條件下制成母合金；2)、非晶態合金與金屬線復合將制備好的母合金裝入高頻加熱石英爐中，加熱熔融母合金并保溫；將金屬線快速經過裝有熔融狀態非晶態合金的石英爐擠出口，通過的速度為4 IOOOmm/秒，使金屬線外表面均勻地涂覆上一層合金液，經過石英爐后合金液快速冷卻使金屬線外表面均勻地涂覆上了一層非晶態合金復合層，從而得到由非晶態合金改性的鋼絲。3)、扭絞制繩將多根上述制備好的由非晶態合金改性的鋼絲扭絞成金剛石繩鋸用鋼繩。
7.權利要求6所述的串珠式金剛石繩鋸用鋼繩的制備方法，其特征是所述的非晶合金有三種以上，其制備工藝步驟如下1)、非晶態合金制備將高熔點二種或二種以上不同金屬基非晶態合金按比例置于熔融Ti純化過的惰性氣體氣氛下的電弧爐中熔煉，并采用電磁攪拌，要求真空度小于2X10_3Pa，熔煉電流為350 550A，熔煉以確保獲得成分均勻的中間合金；第二步將中間合金與其他金屬基非晶態合金按比例放入坩鍋內，將坩鍋置于真空爐中，將真空度抽至1X10_2I^以下，沖入惰性氣體作為保護氣體，惰性氣體的壓力為0. 3 0. 7個大氣壓，在溫度600 1100°C條件下熔煉，然后再銅模鑄造條件下制成母合金；2)、非晶態合金與金屬線復合將制備好的母合金裝入高頻加熱石英爐中，加熱熔融母合金并保溫；將金屬線在收線卷繞輪的牽引下快速經過裝有熔融狀態母合金的石英爐擠出口，通過的速度為1 IOOOmm/秒，讓金屬線外表面均勻地覆上一層合金液，經過石英爐后合金液快速冷卻使金屬線外表面均勻地覆上了一層非晶態合金復合層，從而得到由非晶態合金改性的鋼絲；3)、扭絞制繩將多根上述制備好的由非晶態合金改性的鋼絲扭絞成金剛石繩鋸用鋼繩。
8.權利要求4或5所述的金剛石繩鋸的制備方法，其特征是具有如下工藝步驟1)、非晶態合金制備將一種或一種以上非晶態合金及碳化硅微粒置于惰性氣體氣氛下的電弧爐中熔煉，要求真空度小于2X 10_3Pa，熔煉電流為350 550A，銅模鑄造條件下制成母合金；2)、非晶態合金與金屬線復合將制備好的母合金裝入高頻加熱石英爐中，加熱熔融母合金并保溫；將金屬線快速經過裝有熔融狀態非晶態合金的石英爐擠出口，通過的速度為1 IOOOmm/秒，使金屬線外表面均勻地覆上一層合金液，經過石英爐后合金液快速冷卻使金屬線外表面均勻地覆上了一層非晶態合金復合層，從而得到由非晶態合金改性的鋼絲；3)、扭絞制繩將多根上述制備好的由非晶態合金改性的鋼絲扭絞成金剛石繩鋸用鋼繩。
9.權利要求8所述的金剛石繩鋸的制備方法，所述的非晶合金有三種以上，其制備工藝步驟如下1)、非晶態合金制備將高熔點二種或二種以上不同金屬基非晶態合金與一部分碳化硅微粒按比例置于熔融Ti純化過的惰性氣體氣氛下的電弧爐中熔煉，并采用電磁攪拌，要求真空度小于 2X10_3Pa，熔煉電流為350 550A，熔煉以確保獲得成分均勻的中間合金；第二步將中間合金與其他金屬基非晶態合金和剩余的碳化硅微粒按比例放入坩鍋內，將坩鍋置于真空爐中，將真空度抽至IXlO-2Pa以下，沖入惰性氣體作為保護氣體，惰性氣體的壓力為0. 3 0. 7個大氣壓，在溫度600 110(TC條件下熔煉，然后再銅模鑄造條件下制成母合金；2)、非晶態合金與金屬線復合將制備好的母合金裝入高頻加熱石英爐中，加熱熔融母合金并保溫；將金屬線在收線卷繞輪的牽引下快速經過裝有熔融狀態母合金的石英爐擠出口，通過的速度為1 IOOOmm/秒，讓金屬線外表面均勻地覆上一層合金液，經過石英爐后合金液快速冷卻使金屬線外表面均勻地覆上了一層非晶態合金復合層，從而得到由非晶態合金改性的鋼絲，3)、扭絞制繩將多根上述制備好的由非晶態合金改性的鋼絲扭絞成金剛石繩鋸用鋼繩。
10.權利要求7或9所述的金剛石繩鋸的制備方法，所述金屬線經過裝有熔融狀態母合金的石英爐擠出口的速度為500-800mm/秒。
全文摘要
本發明涉及一種串珠式金剛石繩鋸用鋼繩，由多股鋼絲扭絞而成，鋼絲由金屬線和包覆在金屬線外表面的非晶態合金涂層組成。本發明的串珠式金剛石繩鋸用鋼繩強度高、耐磨性好、使用壽命長。
文檔編號B28D5/04GK102225595SQ20111014960
公開日2011年10月26日 申請日期2011年6月3日 優先權日2011年6月3日
發明者勵征 申請人:蒙特集團(香港)有限公司