一种刀具刀刃处表面固体共渗的方法技术

本发明专利技术公开了一种刀具刀刃处表面固体共渗的方法，包括以下步骤：(1)对刀具进行预处理；选择预处理后的刀具的底面作为固体共渗处理区域，将刀具的其他区域涂覆防渗硼涂料和防碳氮共渗涂料；(2)将步骤(1)处理后的刀具与渗剂共同封装于渗罐中进行碳氮硼固体共渗处理；(3)将固体共渗处理后的刀具在淬火介质中进行淬火处理。采用本发明专利技术方法处理后的刀刃硬度显著提升，耐磨性和耐腐蚀性明显提高，大大延长了刀具的使用寿命。

A Method of Solid Penetration on the Surface of Cutting Tool Edge

【技术实现步骤摘要】
一种刀具刀刃处表面固体共渗的方法
本专利技术涉及农业机械
，具体涉及一种刀具刀刃处表面固体共渗的方法。
技术介绍
随着我国农作物耕、种、收综合机械化水平越来越高。我国每年耕作部件因磨损的损失达数十亿元。而作为农机关键零部件之一的切刀作业对象(生草、枝条或茎秆等)特殊，工作过程中要求具有较强的耐磨性。但是由于磨料磨损，刃口变钝，切割能力变差，作业效率经济性能大幅下降。在实际生产中，刃口受到石子、砖片等硬物冲击而产生崩刃导致无故障生产时间大幅缩短。农用刀具仍以单金属材料为主，国内的刀具普遍存在硬度、耐磨性不高、使用寿命较短的问题，常因为磨损严重而完全不能继续使用；传统的工艺对刀刃处只是经过淬火处理，其对刀具的硬度、耐磨性、抗疲劳强度等性能的改善效果有限，难以满足耕地内的复杂环境的要求。为提高切刀的使用寿命及切削性能，自上世纪50年代以来，出现了自磨锐切刀，其基本原理是：刀片采用特殊设计或工艺，使之作业时由于土壤或农作物对刀刃两个刃面产生不同的磨损量，让厚度适当的刃口突出于前沿，较长时间保持较锋利的切割性能。由此可见，自磨锐是由于刀片工作过程中两刃面磨损程度不同形成的，就材料设计而言，刃口截面实现硬度变化导致磨损量差异是形成自磨锐的主要手段。目前，国内外对农机切刀自磨刃的强化措施主要集中在材料设计方面，但仍存在诸多的问题，例如：对于自磨锐刃口截面硬度、组织及成分未实现梯度变化，不同合金层间的结合强度较低，使用过程中容易开裂、剥落，影响使用效果；刃口硬化层和基体母材的磨损率的比例不好控制，若基体母材磨损快，刃口耐磨层突出，由于硬度高韧性差而极易崩刃，若耐磨层薄，磨损后难以获得优良的自磨锐效果，另外在自磨锐加工及强化过程中还会引起刀片的形变。因此，如何制备使用寿命长、自磨锐效果好的刀具仍是目前的技术难题。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术的目的是提供一种刀具刀刃处表面固体共渗的方法。采用本专利技术方法处理后的刀刃硬度显著提升，耐磨性和耐腐蚀性明显提高，大大延长了刀具的使用寿命。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一方面，提供一种刀具刀刃处表面固体共渗的方法，包括以下步骤：(1)对刀具进行预处理；选择预处理后的刀具的底面作为固体共渗处理区域，将刀具的其他区域涂覆防渗硼涂料和防碳氮共渗涂料；(2)将步骤(1)处理后的刀具与渗剂共同封装于渗罐中进行碳氮硼固体共渗处理；(3)将固体共渗处理后的刀具在淬火介质中进行淬火处理。优选的，步骤(1)中，所述预处理的方法为：采用砂纸或其他方式对刀具表面进行打磨，去除刀片表面的氧化层和铁锈直至刀片表面露出新鲜金属；刀刃处的油污用丙酮清除并吹干。优选的，步骤(1)中，所述防渗硼涂料的涂覆厚度为0.8-1.0mm；所述防碳氮共渗涂料的涂覆厚度为1-1.2mm。防渗硼涂料和防碳氮共渗涂料的涂覆厚度会影响阻渗效果和共渗处理效果；若涂覆的厚度过薄，造成不要求进行CNB共渗的面渗入C、N、B三种元素；过厚则会造成阻渗剂的浪费，增加了处理成本。优选的，步骤(2)中，所述渗剂由渗硼剂和碳氮共渗剂按重量比(50-60):(40-50)组成。其中：所述渗硼剂由以下重量份的原料组成：铁合金20-30份、硼砂20-30份、氟硅酸钠10-20份、稀土4-6份、尿素1-3份、氯化铵1份。所述碳氮共渗剂由以下重量百分比的原料组成：炭黑粉55％、尿素25％、无水碳酸钠8％、稀土4％、无水乙酸钠8％。渗剂的组成对于固体共渗处理效果而言是十分重要的，为实现碳氮硼三元共渗，本专利技术的渗剂是由渗硼剂和碳氮共渗剂按一定比例组成，并对渗硼剂和碳氮共渗剂中的原料组成进行了优化，其中的稀土(例如氧化铈)和氟硅酸钠协同作用能够提高渗透速度和改善渗层组织的性能；采用本专利技术的渗剂进行碳氮硼共渗，可以在刀片表面由外到内形成渗硼层、碳氮共渗层，这使得在刀片表面形成硬度的梯度变化(渗硼层显微硬度1100-1200HV、碳氮共渗层显微硬度800-1000HV)，避免了只进行渗硼层脆性大容易脱落的问题；同时因刀片表面呈硬度分布，刀刃工作时可成比例磨损可长时间保持刀刃的锋利程度。优选的，步骤(2)中，所述刀具与渗罐内壁间距大于25mm；渗罐表面烘干温度为200℃，时间1h；固体共渗温度为880℃，时间为4h。限定刀具与渗罐内壁间距的目的是保持刀片靠近内壁一侧有充分参与共渗反应的渗剂量；间距过小会造成靠近内壁一侧的刀片面共渗处理不完全。经试验发现，为保证共渗处理完全，刀具与渗灌内壁的间距应大于25mm。优选的，步骤(3)中，淬火温度为800-900℃，淬火时间为8-12min。通过淬火处理，可以减少工件淬火变形，表面硬度略有提高；同时刀片基体晶粒也会得到细化，提高刀片韧性。本专利技术的第二方面，提供上述方法在制备自磨锐刀具中的应用。本专利技术的第三方面，提供一种自磨锐刀具，所述自磨锐刀具刀刃的第一表面采用上述的方法进行碳氮硼固体共渗处理，使其硬度大于刀刃的第二表面。进一步的，所述刀刃的第二表面的硬度呈梯度分布。本专利技术的有益效果：(1)与传统的工艺对刀刃处只是经过淬火处理相比，采用本专利技术的方法对刀刃进行处理，可以使刀刃硬度显著提升，耐磨性和耐腐蚀性明显提高，共渗处理后刀具性能稳定；由于提高的刀具的耐磨性等性能，刀具的使用寿命也大大的延长。(2)采用本专利技术处理后的刀刃表面由于渗入了共渗硬化层，其硬度和耐磨性提高，而刀刃相对的一面硬度成梯度分布，由于刀刃在刃面上磨损程度可长时间保持刃口的锋利状态，从而达到自磨锐的效果。附图说明图1：本专利技术的刀具刀刃处表面固体共渗的方法流程示意图。图2：本申请实施例提供的一种刀具刀刃处表面固体共渗处理后的刀具的结构示意图(俯视图)；图中，1-刀体，3-螺栓孔，4-刀刃。图3：本申请实施例提供的一种刀具刀刃处表面固体共渗处理后的刀具的剖面结构示意图；图中，2-共渗硬化层，3-螺栓孔。图4：本申请实施例提供的一种刀具刀刃处表面固体共渗处理后的刀具的左视图；图中，41-刀刃的第一表面，42-刀刃的第二表面。图5：渗硼层显微组织形貌图。图6：碳氮共渗层显微组织形貌图。图7：刀片基体显微组织形貌图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。正如
技术介绍
部分所介绍的，国内外对农机切刀自磨刃的强化措施主要集中在材料设计方面，但仍存在诸多的问题，如何制备使用寿命长、自磨锐效果好的刀具仍是目前的技术难题。自磨刃刀具的制备主要是在刃口截面实现硬度变化导致磨损量差异，为实现材料硬度的变化，现有技术中主要采用化学热处理、堆焊、喷涂、熔覆等表面强化工艺，获得表里硬度不同的刃部。固体共渗处理是一种新的材料处理方法，目前研究较多的是渗硼处理、硼氮共渗处理等，而对于碳氮硼三元共渗的研究较少。现有研究表明，进行碳氮硼三元共渗时，硼的渗入量很少，表层形成硼化物层困难，因此，碳氮硼三元共渗的难度较大。而利用固体共渗处理制备自磨锐刀具目前也未见有报道。基于此，本专利技术的目的是提供一种刀具刀刃处表面固体共渗的方法，并由此制备得到了自磨锐刀具。在本专利技术的一种实施方案中，给出了在刀具刀刃处表面进行固体共渗处理的方法，包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种刀具刀刃处表面固体共渗的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对刀具进行预处理；选择预处理后的刀具的底面作为固体共渗处理区域，将刀具的其他区域涂覆防渗硼涂料和防碳氮共渗涂料；(2)将步骤(1)处理后的刀具与渗剂共同封装于渗罐中进行碳氮硼固体共渗处理；(3)将固体共渗处理后的刀具在淬火介质中进行淬火处理。

【技术特征摘要】
1.一种刀具刀刃处表面固体共渗的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对刀具进行预处理；选择预处理后的刀具的底面作为固体共渗处理区域，将刀具的其他区域涂覆防渗硼涂料和防碳氮共渗涂料；(2)将步骤(1)处理后的刀具与渗剂共同封装于渗罐中进行碳氮硼固体共渗处理；(3)将固体共渗处理后的刀具在淬火介质中进行淬火处理。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述预处理的方法为：采用砂纸或其他方式对刀具表面进行打磨，去除刀片表面的氧化层和铁锈直至刀片表面露出新鲜金属；刀刃处的油污用丙酮清除并吹干。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述防渗硼涂料的涂覆厚度为0.8-1.0mm；所述防碳氮共渗涂料的涂覆厚度为1-1.2mm。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述渗剂由渗硼剂和碳氮共渗剂按重量比(50-60):(40-50)组成。5.根据权利要求4所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋月鹏，王伟，高东升，许令峰，张紫涵，张红梅，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37