单材质自磨刃机械用刀片钢及其机械用刀片制造技术

一种单材质自磨刃机械用刀片钢及其机械用刀片，属于加微量合金的工具钢及其机械用刀片制造技术领域，钢的化学成分为：０．８１～１．２０％（重量）碳，０．１０～０．４０％（重量）硅，０．１０～０．４０％（重量）锰，此外是适量的混合稀土金属（ＲＥＭ）及适量的铌或钛或钒，余为铁和杂质，此钢适于制造农业机械用刀片，犁刀、收割刀等，也适宜制造印刷、造纸、木材加工机械用刀片；刀片在８２０±１０℃加热单面喷淬，经空冷及低温回火的热处理工艺后，具有高耐磨性（ＨＲＣ＞６２）和自动磨锐性，同时兼有合适的韧性。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于单材质自磨刃机械用刀片的加微量合金的工具钢及其机械用刀片制造
各种机械用刀片具有自动磨锐性能是提高刀片切割质量的关键;农业机械用刀片，如犁刀、收割刀等，具有自磨刃性能可以提高耕作质量和节约动力消耗-;印刷造纸木材加工机械用刀片，如切纸刀、木材大刨刀与切刀等，具有自动磨锐性能可以保证产品表面及边缘质量。高耐磨性是各种磨损性配件使用寿命的关键-，任何机械用刀片的使用者都希望这一重要部件的耐磨性高使用时间长，既可提高工作效率又可降低企业生产成本。目前，普遍使用的是无自磨刃性能的单材质钢机械用刀片，以及具有自磨刃性能的双材质钢机械用刀片。农业机械用刀片，包括犁刀(犁铧)、园盘犁刀，主要是无自磨刃产品，我国用65Mn(0.65%C，1.20%Mn)与65SiMnRE(0.65%C，1.00%Si，1.00%Mn)钢;美国用SAE1080～1095钢-;苏联用 53与 65或65 与70 钢;西德用90Mn4与45MnSi5钢;日本用SK5钢。上述各国的农作物收割用刀片制造用钢，基本上属于0.7-0.95%C的碳素工具钢，许多钢号具有较高含硅量或含锰量，或有少量镍铬钨元素。上述产品虽然工艺简单成本较低，但其耐磨性差且无自动磨锐性能，使用寿命低，耕作质量差，浪费动力燃料。也有部分犁刀是在单材质刀片上堆焊高耐磨合金或用双材质复合钢材制造，如苏联的苏尔马特(CopMauT)合金与美国的2B5合金堆焊犁刀具有高耐磨性和自动磨锐性，但因工艺复杂成本太高而难以推广应用。印刷、造纸、木材加工等机械用刀片，主要是双材质自磨刃合金工具钢产品。在普通碳素钢基体上热压镶焊上合金工具钢，利用合金工具钢和普通碳素钢淬火后得的金相组织不同而获得两个表面具有硬差的自动磨锐性和高耐磨性的合金工具钢层，制造出双材质机械用刀片。由于双材质复合钢材是两种不同成份钢经热加工而成，不同金相组织具有2-3倍硬度差造成的比容差也很大，要获得成功产品必须满足热处理相容性条件和奥氏体等温转变曲线复合图，并依此选择最佳淬火温度和冷却工艺，因此技术难度较高，热处理工艺极为复杂。从上述评述可知，无自磨刃单材质机械用刀片和双材质自磨刃机械用刀片，都存在严重的缺陷。为克服已有技术的不足，本专利技术提供了一种价格便宜可取代双材质复合钢及其机械用刀片的单材质自磨刃机械刀片用钢及其机械用刀片制造技术，解决了农业、印刷、造纸、木材加工等机械用刀片的技术难题。本专利技术钢应用高碳和稀土、铌等微量元素合金化原理，既使基体固溶强化，又使碳化物 散强化，因此形成具有高硬度的耐磨表面层与合适韧性的基体。本专利技术钢种的化学成分组成(重量比)为0.81～1.20%碳，0.10～0.40%硅，0.10～0.40%锰，0.02～0.08%混合稀土金属，另外还含有0.020～0.08%铌，或0.02～0.08%钛，或0.03～0.2%钒，余为铁和不可避免的杂质元素。本专利技术钢种及对比钢均在公称0.5吨电弧炉中冶炼，工业性试验在公称3吨与5吨电弧炉中冶炼，冶炼工艺按优质高碳工具钢冶炼工艺操作，铌、钛、钒等微量元素的中间合金在出钢前二分钟加入，混合稀土金属或合金在铸锭时随钢液流从中注管加入。表1示出本专利技术钢的试验钢化学成分(%)。确定上述成分范围和热处理工艺的理由是碳，随着碳含量增加，钢的耐磨性提高。但含碳量超过1.20%(重量)时，网状碳化物析出影响了稀土元素改善马氏体亚结构和合金化作用，降低钢的抗淬裂性能，犁刀(犁铧)等零件易于产生淬火裂纹，含碳量在0.81-1.20%(重量)范围内，钢在使用过程中表面硬层和基体韧性配合好，具有高的耐磨性与自动磨锐性能。硅、锰元素均为提高淬透性元素，硅、锰含量在0.10～0.40%(重量)为宜。混合稀土金属，钢中加入适量的稀土金属，有净化作用和合金化作用，造成钢的晶界强化和原子键强度提高，可促使淬火马氏体由孪晶型向位错型转化，使钢具有很高的高温塑性和抗淬裂能力。当稀土金属含量超过0.08%(重量)时，稀土元素净化作用降低，钢中有害非金属夹杂物增加;促使钢中非金属类杂物变质为球化，细小 散分布。稀土金属含量低于0.02%(重量)时，稀土元素合金强化作用不明显。稀土金属含量0.02～0.08%(重量)是本专利技术钢种适宜制造高耐磨性自动磨锐犁铧、耙片、刀片的最佳含量。铌，微量的铌部分溶入M3C等碳化物中，淬火加热时溶入奥氏体中提高了原子键强度，减缓了r-Fe的自扩散速度，使碳化物 散细小，同时与稀土元素促使淬火马氏体亚结构由孪晶型向位错型转化，铌的含量以0.20～0.08%(重量)为佳。钛、钒，本专利技术钢种以钛含量0.02～0.08%(重量)或0.03～0.20%(重量)钒代替铌时，也具有与铌相同的效果。本专利技术钢犁铧、耙片的单面淬热处理工艺，因稀土金属与铌的加入，提高了原子键强度，晶界被强化与非金属类杂物 散、球化，促使了淬火马氏体亚结构由孪晶型向位错型转化，提高了原子键强度，使犁铧、耙片、刀片具有超过相同含碳量工具钢的抗淬裂能力，从而保证了专利技术钢适宜于制造高耐磨自动磨锐犁铧、耙片、刀片。本专利技术钢的铸锭、轧钢工艺，热成型工艺与高碳工具钢相同。本专利技术单材质自磨刃机械用刀片钢制造机械用刀片，其几何形状与相应的单材质机械用刀片完全相同。现有的制造机械用刀片的制造厂的工艺装备都适用于制造单材质自磨刃机械用刀片。制造农业机械用犁刀的一般工艺流程为1.下料2.锻压或辊锻成型3.球化退火4.表面单面喷淬与回火5.修整磨刃6.检验包装制造印刷、造纸、木材加工机械用刀片的一般工艺流程为1.下料2.表面磨削3.表面单面喷淬4.低温回火5.校形6.表面磨削7.质量检验及包装经表面修整磨削的刀片，在820±10℃进行单面喷淬，在200℃以下空冷后，在160-180℃低温回火消除应力，稳定组织与尺寸。采用上述化学成份范围和热处理工艺之后，单材质自磨刃机械用刀片主要技术指标如下耐磨层硬度HRC＞62耐磨层厚度0.5-4mm基体硬度HB 180-220实施例1.本专利技术钢制造的农业机械用单材质自磨刃机械用刀片(犁刀，园盘犁刀，收割刀等)的钢化学成份为表1所列。钢材的冶炼、轧制均与高碳工具钢相同。用绲锻工艺将钢材制造成各类犁刀。采用球化退火与表面淬火热处理工艺，产品达到上述指标。表2是本专利技术的犁刀与单材质犁刀田间试验结果对比。实施例2.本专利技术钢制造印刷、造纸、木工等机械用刀片，用表1所列的实施用钢。工艺如前所述。其中，淬火热处理成品率＞95%。制得的切纸刀在切纸机上进行对比试验。结果列入表3，其技术指标均达本专利技术要求，基体为HB196，淬火层RC64。本专利技术的切纸刀与双材质刀对比，使用寿命及性能均超过后者，而成本降低了三分之一以上。本专利技术的钢种是稀土金属和铌等微量元素合金化钢，取代了战略合金镍、铬、钨等，从而降低了钢的生产成本，扩大了钢的使用范围。 参考文献A.Ⅲ.рабинович 1961 NO.2叶山房夫，金属表面技术，1963 Vol.14，NO.7ASM，金属手册，Vol.1，第8版Douglas A.Stolk(道格拉斯A·斯脱克)SAE Transactions，NO.700690电气制钢研究会，特殊钢便览，理工学社，1969.A.H.розиноаум本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单材质自磨刃机械用刀片钢及其机械用刀片，包括钢的化学成份组成，铸锭，轧钢，热成型，及其机械用刀片的几何形状，加工工艺和产品主要技术指标，本专利技术的特征在于，钢的化学成份组成（重量％）为：０．８１～１．２０Ｃ０．１０～０．４０Ｍｎ０ ．０２～０．０８ＲＥＭ，及０．１０～０．４０Ｓｉ０．０２～０．０８Ｎｂ或０．０２～０．０８Ｔｉ或０．０３～０．２Ｖ余量Ｆｅ和不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：由淼，孙传水，佘宗淼，韩云龙，李洪春，
申请(专利权)人：山东大学，济南钢铁总厂，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]