燒結(jié)金剛石鋸片斷裂原因的物證鑒定方法探討

     1.前言
　　隨著現(xiàn)代集成技術(shù)的問世，機加工向高精度方向發(fā)展，對刀具性能提出了相當(dāng)高的要求。金剛石鋸片是一種切割工具，廣泛應(yīng)用于混凝土、耐火材料、石材，陶瓷等硬脆材料的加工，以其發(fā)熱量小，導(dǎo)熱率高，刀刃不易鈍化，切削變形小，可以獲得較高質(zhì)量的加工表面等特點，在超精密加工上的應(yīng)用越來越廣泛，而其質(zhì)量也越來越引起人們的關(guān)注。
　　2.案例說明
　　筆者近期參與了法院委托的，對XX市XX工具有限公司生產(chǎn)的金剛石圓鋸片在加工過程中發(fā)生斷裂的原因鑒定。本案中，涉案金剛石鋸片在切割地板磚的過程中突然斷裂飛出，擊中操作人員右眼導(dǎo)致其眼球破裂摘除，造成了嚴(yán)重的傷人事故。
　　針對委托事項，鑒定人員擬定鑒定方案，對已斷裂的涉案鋸片，開展外觀形狀、尺寸測量、成分分析、硬度檢測、顯微組織觀察和斷口分析等項目的檢測和金相組織分析，并依據(jù)檢測分析結(jié)果，判定產(chǎn)生斷裂的原因。
　　3.（鑒定）檢測過程（如下：）
　　3.1外觀形狀
　　該金剛石圓鋸片為燒結(jié)型，根據(jù)GB/T 11270.2-2002《超硬磨料制品 金剛石圓鋸片 第2部分：燒結(jié)鋸片》對其進(jìn)行鑒定，檢材符合標(biāo)準(zhǔn)中4.2.2要求的窄槽干切型圓鋸片的形狀特征。涉案的鋸片是一個整體，斷裂發(fā)生在鋸片鋼體部位，見圖2。
　　圖1 圖2
　　3.2尺寸測量
　　依據(jù)GB/T 11270.2-2002對檢材進(jìn)行尺寸測量，結(jié)果見表1。
　　表1：檢材尺寸測量結(jié)果
　　尺寸測量 D Z L2 A B C E T+0.20 X
　　X （T）S
　　測量結(jié)果（mm） 108 8個 35.9 9 2 4.4 1.2 1.60 10 9.7 0.34
　　注：量測位置見附圖3。
　　圖3、尺寸測量參考位置
　　3.3成分分析
　　GB/T 11270.2-2002《超硬磨料制品 金剛石圓鋸片 第2部分：燒結(jié)鋸片》附錄A.1中規(guī)定： “基體材料應(yīng)符合GB/T 1222-2007規(guī)定的65Mn鋼或者機械性能不低于65Mn的鋼材” 。為此鑒定人員依據(jù)GB/T 4336-2002《碳素鋼和低合金鋼 火花源原子發(fā)射光譜分析方法（常規(guī)法）》對檢材的化學(xué)成分進(jìn)行檢測，并與常用65Mn鋼基體成分進(jìn)行對比，結(jié)果見表2。
　　表2：檢材的成分分析結(jié)果
　　元素 C（碳） Si（硅） Mn（錳） P（磷） S（硫） Cr（鉻） Ni（鎳） Cu（銅）
　　檢測結(jié)果（%） 0.44 0.22 0.58 0.017 0.012 0.06 0.03 0.12
　　65Mn鋼的參考值（%） 0.62～ 0.70 0.17～ 0.37 0.90～ 1.20 ≤0.035 ≤0.035 ≤0.25 ≤0.30 --
　　注：余量為鐵
　　3.4硬度檢測
　　GB/T 11270.2-2002（《 超硬磨料制品 金剛石圓鋸片 第2部分：燒結(jié)鋸片》）附錄A.4的規(guī)定：“硬度為HRC37～42”“。
　　為此鑒定人員依據(jù)GB/T 230.1-2009《金屬材料 洛氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》對檢材進(jìn)行洛氏硬度試驗，結(jié)果無法顯示HRC數(shù)值。
　　鑒定人員重新選擇硬度檢測手段進(jìn)行結(jié)果驗證，依據(jù)GB/T 4340.1-2009《金屬材料 維氏硬度試驗 第1部分：試驗方法》對檢材進(jìn)行維氏硬度試驗，檢測結(jié)果見表3。
　　表3：檢材維氏硬度檢測結(jié)果
　　檢測樣品 檢測結(jié)果（HV10）
　　檢材 157 156 156 156
　　3.5 顯微組織檢查
　　由于鋸片斷裂部位發(fā)生在鋼體處，因此鑒定人員圍繞鋼體部位進(jìn)行檢查。依據(jù)GB/T 13298-1991《金屬材料顯微組織檢驗方法》和GB/T 13299-1991《鋼的顯微組織評定方法》對檢材齒輪斷裂根部附近的鋼體進(jìn)行顯微組織檢測，發(fā)現(xiàn)檢材的顯微組織為塊狀鐵素體+細(xì)小珠光體（見附圖4），可以確定檢材齒輪根部的鋼體熱處理不完全。
　　圖4 顯微組織照片（200X）
　　3.6 斷口分析
　　依據(jù)GB/T 19863-2005《體視顯微鏡試驗方法》和GB/T 17359-2012《微束分析 能譜法定量分析》對檢材進(jìn)行斷口分析（見附圖5），檢材沿槽根部斷裂，鋸片槽根部為應(yīng)力集中部位，檢材的宏觀斷口未見明顯的塑性變形，微觀形貌存在二次裂紋和瞬時斷裂區(qū)（見附圖6～7），裂紋垂直檢材厚度方向擴(kuò)展。
　　圖5 斷口微觀形貌
　　圖6 二次裂紋照片 圖7 瞬斷區(qū)照片
　　4.分析說明
　　由于該鋸片已經(jīng)過多次使用，外形斷裂，已經(jīng)無法對其（初始）出廠狀態(tài)的安全性能進(jìn)行檢測，選擇對外觀、尺寸、化學(xué)成分、硬度及金相組織進(jìn)行試驗。
　　4.1 依據(jù)鋸片類型選擇GB/T 11270.2-2002《超硬磨料制品 金剛石圓鋸片 第2部分：燒結(jié)鋸片》進(jìn)行鑒定。涉案斷裂檢材經(jīng)過拼接后檢查外觀與尺寸，基本符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
　　4.2 涉案鋸片發(fā)生斷裂位置為檢材基體部位，GB/T 11270.2-2002中未明確規(guī)定要求檢材基體材質(zhì)種類，但附錄A.1的規(guī)定：基體材料應(yīng)符合GB/T 1222-2007規(guī)定的65Mn鋼或者機械性能不低于65Mn的鋼材。
　　從表2可以看出，本次檢測的成分分析結(jié)果顯示碳和錳兩種主要元素均低于65Mn鋼，影響基體材料性能。 　　4.3 GB/T 11270.2-2002附錄A.4規(guī)定“硬度為HRC37～42”。鑒定人員進(jìn)行洛氏硬度試驗時未能檢出數(shù)據(jù)，說明鋸片檢材基體材料硬度低于HRC20，初步判定硬度不合格。
　　再選用維氏硬度試驗進(jìn)行結(jié)果驗證，參考GB/T 1172-1999《黑色金屬硬度及強度換算值》可知洛氏硬度值37～42HRC對應(yīng)維氏硬度值為350～404HV，洛氏硬度值20HRC對應(yīng)維氏硬度值為226HV，依據(jù)結(jié)果可判定檢材基體硬度不符合GB/T 11270.2-2002要求。
　　4.4 檢查檢材基體顯微組織，主要為塊狀鐵素體+細(xì)小珠光體，存在部分細(xì)化不完全現(xiàn)象，細(xì)化不完全，所起到的強化作用有限，從而造成檢材的強度不夠?qū)е落徠谑褂眠^程中容易發(fā)生斷裂。
　　4.5 檢材的宏觀斷口未見明顯的塑性變形，齒槽根部為鋸片的應(yīng)力集中區(qū)，斷裂發(fā)生在齒槽根部。
　　綜上，檢材斷裂的主要原因在于基體化學(xué)成分未滿足65Mn鋼要求，碳和錳的含量明顯低于參考值，導(dǎo)致基體材料硬度過低，在使用過程中容易沿應(yīng)力集中的齒槽根部發(fā)生斷裂，再加上基體鋼材熱處理不完全，不能起到足夠的強化作用，導(dǎo)致在使用中發(fā)生斷裂。
　　5.鑒定結(jié)論
　　涉案金剛石圓鋸片斷裂與基體鋼材的化學(xué)成分不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致硬度不足，以及熱處理不完全之間存在因果關(guān)系。
　　6.結(jié)束語
　　對此類鋸片斷裂原因進(jìn)行鑒定時，針對可獲得的檢材，既可以依據(jù)產(chǎn)品類型選擇相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行外觀、尺寸、化學(xué)成分、硬度等項目的檢測，還可以對檢材的顯微組織或斷口進(jìn)行金相分析，依據(jù)檢測、分析的結(jié)果，判定產(chǎn)生斷裂的物證原因。