CN104908079A - 一种分切圆盘刀及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分切圆盘刀及其制造方法，属于刀具加工领域。本发明的圆盘刀为圆环状刀片，包括中心孔、刀盘和刀刃，所述的中心孔位于刀盘的中心，所述的刀刃位于刀盘的外环上，所述刀刃的外环上设有刀刃口，所述的刀刃口的刃口角度δ为23～27°；所述刀刃口的刃口厚度h为0.24-0.26mm，制造圆盘刀的材料组成成分及质量百分比为C：1.15-1.33％、N：0.2-0.4％、Mn：0.30-0.40％、Si：0.52-1.20％、Cr：8.50-10.50％、W：1.50-2.50％、V：0.35-0.50％、Mo：0.25-0.40％、Ni：0.30-0.40％、Cu：≤0.30％、S：≤0.020％、P：≤0.027％，余量为Fe。本发明的圆盘刀具有耐磨性好、不易变形，刀刃口耐磨损、不易崩裂，使用寿命长、易于制造的优点。

Description

一种分切圆盘刀及其制造方法
技术领域
本发明属于刀具加工领域，更具体地说，涉及一种分切圆盘刀及其制造方法。
背景技术
圆盘刀是分切机设备的重要部件之一。一般是根据分切材料种类和厚度的不同来决定选择何种分切机刀片。通常分切机刀片的分切形式包括方刀分切和圆刀分切。方刀分切就是像剃刀一样，将刀片固定在分切机的刀架上，在材料运行过程中将刀落下，使刀将材料纵向切开，以达到分切目的。圆刀分切主要有上下圆盘刀剪切和圆刀挤压式分切两种方式。圆刀分切是分切厚膜、复合厚膜、纸张等材料的主要分切方式。分切材料膜材厚度在100μm以上建议选用圆刀分切。圆刀挤压式分切方式既可以分切比较薄的塑料薄膜，也可以分切比较厚的纸张、无纺布等，是一种比较方便的分切方式，在分切行业中，圆盘刀的性能及稳定性一直是影响行业发展的制约因素，圆盘刀性能的不稳定不仅会使分切作业达不到指标要求，而且使分切材料产生毛边和产生大量的分切粉屑等，造成极大的浪费，增加了企业的生产成本。
中国专利申请号为201020693689.8，授权公告日为2011年7月27日的专利申请文件公开了一种复合圆盘刀片，包括设有安装孔和键槽的圆盘刀体，刀体的外圆面为锥面，在圆盘刀体的大径端焊接固设有环形的刀尖，所述刀尖为硬质合金材质，其余刀体采用普通碳钢，这种仅通过改进刀片的制作材料来提高刀片性能和稳定性的方法是非常有局限性的，不仅使刀片的制造工艺繁琐，而且会带来新的问题，比如说两种制造材料衔接处的稳定性及使用寿命等等。中国专利申请号为201310610181.5，申请公布日为2014年3月12日的专利申请文件公开了一种圆盘刀的热处理工艺，包括如下步骤：1)将圆盘刀通过加热炉预加热至600-650℃；2)将预加热后的圆盘刀进行淬火，淬火温度为1050-1100℃，淬火1小时后放入航空煤油中浸泡3小时进行冷却；3)将淬火冷却后的圆盘刀放入回火炉中进行回火，回火温度为400-420℃，回火后放入机油中浸泡3小时进行冷却；4)将回火冷却后的圆盘刀在真空中以400℃/min的加热速度加热至1100-1200℃，然后立即投入-180℃的液氮中迅速冷却；5)将冷却后的刀具加热至250℃，再放入石英砂中自然冷却。该发明公开的热处理工艺不适合于特定材料组成的分切圆盘刀，油淬后的刀具硬度不够、韧性差，且工艺步骤太多，操作起来繁琐。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有分切圆盘刀存在的韧性差、稳定性低、使用寿命短等问题，本发明提供一种分切圆盘刀及其制造方法。本发明的分切圆盘刀包括中心孔、刀盘、刀刃和刀刃口，刀刃口的刃口角度δ为23～27°，刀刃口的刃口厚度h为0.24-0.26mm，刀刃的厚度H为1.2±0.02mm采用特殊元素组成的合金材料在严格控制的工艺条件下制造得到，在满足锋利度要求的情况下具有很强的耐磨性能，使用寿命长，刀刃口在长时间使用后磨损量小，不崩裂。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种分切圆盘刀，其形状为圆环状刀片，包括中心孔、刀盘和刀刃，所述的中心孔位于刀盘的中心，所述的刀刃位于刀盘的外环上，所述刀刃的外环上设有刀刃口，所述的刀刃口的刃口角度δ为23～27°；所述刀刃口的刃口厚度h为0.24-0.26mm，刀刃的厚度H为1.2±0.02mm。
优选地，所述刀刃的一个表面关于另一平面的平行度≤0.03。
上述的一种分切圆盘刀的制造方法，其步骤为：
(1)毛坯原材料的准备：
采用锻造用锻造毛坯制得，该锻造毛坯组分的质量百分比为：C：1.15-1.33％、N：0.2-0.4％、Mn：0.30-0.40％、Si：0.52-1.20％、Cr：8.50-10.50％、W：1.50-2.50％、V：0.35-0.50％、Mo：0.25-0.40％、Ni：0.30-0.40％、Cu：≤0.30％、S：≤0.020％、P：≤0.027％，余量为Fe；
(2)锻造毛坯的等温球化退火处理：
将经步骤(1)中得到的锻造毛坯进行退火处理，保温温度为905-935℃，保温时间为1.5-2.5h，随炉冷却至780～800℃时等温2.5-3.5h；
(3)锻造毛坯的初加工：
将退火处理后的锻造毛坯车加工成分切圆盘刀的初级形状并平整，保留1mm的余量；
(4)分切圆盘刀的热处理：
将经步骤(3)车加工的分切圆盘刀，先加热至640-660℃保温0.8-1.5h，然后加热至840-860℃保温0.8-1.5h，继续加热至1040-1060℃保温0.8-1.5h，然后再加热至1160-1200℃保温20-30min后淬火(淬火液组成成分及各组分的质量份数为：水玻璃10-15份、氢氧化钠1-1.5份、石油磺酸盐0.5-1份、二元酸0.5-1份、氯化钠18-25份，余量为水)；
(5)分切圆盘刀的粗磨及校平：
粗磨经过步骤(4)热处理后的分切圆盘刀的两个平面，然后进行校平保证其平行度满足要求；
(6)回火：
将步骤(5)中校平后的分切圆盘刀进行三次回火处理，每次回火温度为540-560℃，在前一次回火后空冷至室温后进行下一次回火；
(7)分切圆盘刀的深加工：
将步骤(6)中回火处理后的分切圆盘刀，进一步深加工，其步骤为：
A、找基准；
B、中心孔倒角；
C、精磨分切圆盘刀的刀盘平面和刀刃平面；
D、精磨刀刃口；
F、分切圆盘刀的检测，检测刃口角度、平行度、表面粗糙度是否合格。
优选地，所述步骤(1)中锻造毛坯的组分及其质量百分比为：C：1.25％、N：0.32％、Mn：0.34％、Si：0.76％、Cr：9.00％、W：2.10％、V：0.42％、Mo：0.36％、Ni：0.40％、Cu：≤0.30％、S：≤0.020％、P：≤0.027％，余量为Fe。
优选地，所述步骤(2)中加热速度≤200℃/h。
优选地，所述步骤(4)中分切圆盘刀的热处理是先加热至650℃保温1h，然后加热至850℃保温1h，继续加热至1050℃保温1h，然后再加热至1180℃保温26min后淬火。
分切圆盘刀的使用寿命在很大程度上取决于刀刃口的使用寿命，通常情况下，刃口角度越小，其锋利程度越高，分切材料时产生的毛边和粉屑少，但同时其使用寿命也越短，如何平衡分切圆盘刀的使用寿命和刃口角度一直是领域内的研究重点。一种提高分切圆盘刀使用寿命的方法是改进分切圆盘刀的制作材料，但是经检索发现制造分切圆盘刀采用的改进材料仅是一些现有常用的合金材料，并没有从实质上对材料组分进行创新，且现有的制造工艺存在缺陷，不利于提高分切圆盘刀的耐磨性和韧性，且现有的热处理工艺不适合刃口角度为23～27°的分切圆盘刀，容易出现淬裂、淬弯等现象，严重影响了使用寿命，而且在使用过程中容易发生安全事故。本发明的分切圆盘刀采用特殊组分的合金材料制造得到，由于此款分切圆盘刀的直径比较大(外圆直径为610mm)，采用普通淬火和热处理工艺时，在精磨过程中容易变形，产品次品率较高，约为8％，而采用本发明的制造工艺，选用特殊组成的淬火液和热处理工艺，使次品率降低至3％左右，效果非常显著。本发明中制造分切圆盘刀的材料是经过长期的实践及实验研究得到的，采用本发明的制造方法得到的分切圆盘刀具有耐磨性能高、韧性好、切削性能优异、使用寿命长等优点，本发明中的热处理工艺条件使合金材料的性能达到最佳，经淬火后硬度适中，本发明中使用的淬火液能有效避免用普通快速淬火油淬火后硬度不足、内部组织形态不均匀、易变形、易开裂等风险，保证淬火后的分切圆盘刀的硬度严格控制在58-60HRC之间，满足切削需求。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的分切圆盘刀刃口角度为23～27°，特别适合于分切比较厚的纸张(如瓦楞纸箱等)、无纺布等，分切材料时不会产生毛边和粉屑且切口平整，切削过程中刀盘转动平稳，安全性能高；
(2)本发明分切圆盘刀的加工通过合理的成分和热处理工艺控制，得到的分切圆盘刀耐磨性好、不易变形，刀刃口耐磨损、不易崩裂，使用寿命长，比普通的分切圆盘刀使用寿命至少延长了50％；
(3)本发明采用的淬火液对分切圆盘刀毛坯的淬透性好，冷却速度适中，淬火后的分切圆盘刀内部组织形态均匀，严格控制刀刃和刀刃口淬火后硬度为58-60HRC，满足切削需求；
(4)本发明依据毛坯原材料的特殊组成成分及比例，选择专用的热处理工艺，并在热处理后进行三次回火处理，降低淬火应力，提高分切圆盘刀的韧性和耐磨性；
(5)本发明淬火工艺中采用的淬火液由水玻璃、氢氧化钠、石油磺酸盐、二元酸、氯化钠和水组成，使分切圆盘刀淬火后外刚内柔，即保持较高的锋利性又不至于“崩口”掉块，使用寿命长，且淬火过程中在分切圆盘刀表面形成一层均匀且光泽度好的保护膜，保护膜的致密性和牢固性高，性能稳定，无需再进行防锈处理，节约能源，减少工序，提高效率；
附图说明
图1为本发明分切圆盘刀的结构示意图；
图2为本发明的分切圆盘刀侧视图及A部位局部放大图。
图中：1、中心孔；2、刀盘；3、刀刃；4、刀刃口。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
如图1和图2所示，一种分切圆盘刀，其形状为圆环状刀片，整个圆盘刀的外圆直径为100mm，包括中心孔1、刀盘2和刀刃3，中心孔1的直径为25mm，中心孔1位于刀盘2的中心，刀刃3位于刀盘2的外环上，刀刃3的外环上设有刀刃口4，刀刃口4的刃口角度δ为25°；刀刃口4的刃口厚度h为0.25mm，刀刃3的厚度H为1.2±0.02mm；刀刃3的一个表面关于另一平面的平行度≤0.03。
制造上述分切圆盘刀的方法为：
(1)毛坯原材料的准备：
采用锻造用锻造毛坯制得，该锻造毛坯组分的质量百分比为：C：1.25％、N：0.32％、Mn：0.34％、Si：0.76％、Cr：9.00％、W：2.10％、V：0.42％、Mo：0.36％、Ni：0.40％、Cu：≤0.30％、S：≤0.020％、P：≤0.027％，余量为Fe；
(2)锻造毛坯的等温球化退火处理：
将经步骤(1)中得到的锻造毛坯进行退火处理，保温温度为925℃，保温时间为2.0h，随炉冷却至780℃时等温3.5h，加热速度为200℃/h；
(3)锻造毛坯的初加工：
将退火处理后的锻造毛坯车加工成分切圆盘刀的初级形状并平整，保留1mm的余量；
(4)分切圆盘刀的热处理：
将经步骤(3)车加工的分切圆盘刀，先加热至650℃保温1h，然后加热至850℃保温1h，继续加热至1050℃保温1h，然后再加热至1180℃保温26min后淬火，淬火液组成成分及各组分的质量份数为：水玻璃12份、氢氧化钠1.2份、石油磺酸盐0.7份、二元酸0.7份、氯化钠21份，余量为水；
(5)分切圆盘刀的粗磨及校平：
粗磨经过步骤(4)热处理后的分切圆盘刀的两个平面，然后进行校平保证其平行度满足要求；
(6)回火：
将步骤(5)中校平后的分切圆盘刀进行三次回火处理，每次回火温度为550℃，在前一次回火后空冷至室温后进行下一次回火；
(7)分切圆盘刀的深加工：
将步骤(6)中回火处理后的分切圆盘刀，进一步深加工，其步骤为：
A、找基准；
B、中心孔倒角；
C、精磨分切圆盘刀的刀盘平面和刀刃平面；
D、精磨刀刃口；
F、分切圆盘刀的检测，检测刃口角度、平行度、表面粗糙度是否合格。
本实施例的分切圆盘刀采用特殊的元素组成材料制造得到，这些元素的组成比例是经过严格实验研究得到的最佳比例，经过合适的制造工艺制备得到的圆盘刀具有耐磨性能好、使用寿命长，硬度适中等优点，其中制造工艺中的热处理条件和淬火条件对圆盘刀的性能影响显著，只有在这种特定条件下进行热处理和淬火后才能得到性能优异的圆盘刀，其硬度为60HRC，加工过程中不易变形，次品率仅为3％，而现有技术加工本发明的分切圆盘刀时次品率高达8.3％，本实施例制造的刀盘的表面平行度高(平行度≤0.002)，刀刃口的耐磨性能提高了50％左右，且本发明采用三次回火工艺充分释放了淬火应力，使圆盘刀的性能得到进一步的提高，本发明的圆盘刀与普通刀相比，使用寿命延长了50％左右，长时间使用亦不会发生“崩口”等现象，且采用特殊淬火液淬火后，圆盘刀的防腐防锈性能得到提高。
实施例2
如图1和图2所示，一种分切圆盘刀，其形状为圆环状刀片，整个圆盘刀的外圆直径为100mm，包括中心孔1、刀盘2和刀刃3，中心孔1的直径为25mm，中心孔1位于刀盘2的中心，刀刃3位于刀盘2的外环上，刀刃3的外环上设有刀刃口4，刀刃口4的刃口角度δ为25°；刀刃口4的刃口厚度h为0.24mm，刀刃3的厚度H为1.2±0.02mm；刀刃3的一个表面关于另一平面的平行度≤0.02。
制造上述分切圆盘刀的方法为：
(1)毛坯原材料的准备：
采用锻造用锻造毛坯制得，该锻造毛坯组分的质量百分比为：C：1.15％、N：0.20％、Mn：0.30％、Si：1.20％、Cr：8.50％、W：1.50％、V：0.35％、Mo：0.25％、Ni：0.35％、Cu：≤0.30％、S：≤0.020％、P：≤0.027％，余量为Fe；
(2)锻造毛坯的等温球化退火处理：
将经步骤(1)中得到的锻造毛坯进行退火处理，保温温度为905℃，保温时间为2.5h，随炉冷却至800℃时等温2.5h，加热速度为180℃/h；
(3)锻造毛坯的初加工：
将退火处理后的锻造毛坯车加工成分切圆盘刀的初级形状并平整，保留1mm的余量；
(4)分切圆盘刀的热处理：
将经步骤(3)车加工的分切圆盘刀，先加热至640℃保温1.5h，然后加热至840℃保温1.5h，继续加热至1060℃保温0.8h，然后再加热至1200℃保温20min后淬火，淬火液组成成分及各组分的质量份数为：水玻璃10份、氢氧化钠1.0份、石油磺酸盐0.5份、二元酸0.5份、氯化钠25份，余量为水；
(5)分切圆盘刀的粗磨及校平：
粗磨经过步骤(4)热处理后的分切圆盘刀的两个平面，然后进行校平保证其平行度满足要求；
(6)回火：
将步骤(5)中校平后的分切圆盘刀进行三次回火处理，每次回火温度为560℃，在前一次回火后空冷至室温后进行下一次回火；
(7)分切圆盘刀的深加工：
将步骤(6)中回火处理后的分切圆盘刀，进一步深加工，其步骤为：
A、找基准；
B、中心孔倒角；
C、精磨分切圆盘刀的刀盘平面和刀刃平面；
D、精磨刀刃口；
F、分切圆盘刀的检测，检测刃口角度、平行度、表面粗糙度是否合格。
本实施例的分切圆盘刀具有耐磨性能好、使用寿命长，硬度适中等优点，其中制造工艺中的热处理条件和淬火条件对圆盘刀的性能影响显著，只有在这种特定条件下进行热处理和淬火后才能得到性能优异的圆盘刀，其硬度为58HRC，加工过程中不易变形，次品率仅为2.8％，而现有技术加工本发明的分切圆盘刀时次品率高达8.3％，本实施例制造的刀盘的表面平行度高(平行度≤0.001)，刀刃口的耐磨性能提高了48％左右，且本发明采用三次回火工艺充分释放了淬火应力，使圆盘刀的性能得到进一步的提高，本发明的圆盘刀与普通刀相比，使用寿命延长了47％左右，长时间使用亦不会发生“崩口”等现象，且采用特殊淬火液淬火后，圆盘刀的防腐防锈性能得到提高。
实施例3
如图1和图2所示，一种分切圆盘刀，其形状为圆环状刀片，整个圆盘刀的外圆直径为100mm，包括中心孔1、刀盘2和刀刃3，中心孔1的直径为25mm，中心孔1位于刀盘2的中心，刀刃3位于刀盘2的外环上，刀刃3的外环上设有刀刃口4，刀刃口4的刃口角度δ为25°；刀刃口4的刃口厚度h为0.26mm，刀刃3的厚度H为1.2±0.02mm；刀刃3的一个表面关于另一平面的平行度≤0.01。
制造上述分切圆盘刀的方法为：
(1)毛坯原材料的准备：
采用锻造用锻造毛坯制得，该锻造毛坯组分的质量百分比为：C：1.33％、N：0.40％、Mn：0.40％、Si：0.52％、Cr：10.50％、W：2.50％、V：0.50％、Mo：0.40％、Ni：0.30％、Cu：≤0.30％、S：≤0.020％、P：≤0.027％，余量为Fe；
(2)锻造毛坯的等温球化退火处理：
将经步骤(1)中得到的锻造毛坯进行退火处理，保温温度为935℃，保温时间为1.5h，随炉冷却至790℃时等温3.0h，加热速度为175℃/h；
(3)锻造毛坯的初加工：
将退火处理后的锻造毛坯车加工成分切圆盘刀的初级形状并平整，保留1mm的余量；
(4)分切圆盘刀的热处理：
将经步骤(3)车加工的分切圆盘刀，先加热至660℃保温0.8h，然后加热至860℃保温0.8h，继续加热至1040℃保温1.5h，然后再加热至1160℃保温30min后淬火，淬火液组成成分及各组分的质量份数为：水玻璃15份、氢氧化钠1.5份、石油磺酸盐1份、二元酸1份、氯化钠18份，余量为水；
(5)分切圆盘刀的粗磨及校平：
粗磨经过步骤(4)热处理后的分切圆盘刀的两个平面，然后进行校平保证其平行度满足要求；
(6)回火：
将步骤(5)中校平后的分切圆盘刀进行三次回火处理，每次回火温度为550℃，在前一次回火后空冷至室温后进行下一次回火；
(7)分切圆盘刀的深加工：
将步骤(6)中回火处理后的分切圆盘刀，进一步深加工，其步骤为：
A、找基准；
B、中心孔倒角；
C、精磨分切圆盘刀的刀盘平面和刀刃平面；
D、精磨刀刃口；
F、分切圆盘刀的检测，检测刃口角度、平行度、表面粗糙度是否合格。
本实施例的分切圆盘刀具有耐磨性能好、使用寿命长，硬度适中等优点，其中制造工艺中的热处理条件和淬火条件对圆盘刀的性能影响显著，只有在这种特定条件下进行热处理和淬火后才能得到性能优异的圆盘刀，其硬度为59HRC，加工过程中不易变形，次品率仅为3.3％，而现有技术加工本发明的分切圆盘刀时次品率高达8.5％，本实施例制造的刀盘的表面平行度高(平行度≤0.001)，刀刃口的耐磨性能提高了49％左右，且本发明采用三次回火工艺充分释放了淬火应力，使圆盘刀的性能得到进一步的提高，本发明的圆盘刀与普通刀相比，使用寿命延长了51％左右，长时间使用亦不会发生“崩口”等现象，且采用特殊淬火液淬火后，圆盘刀的防腐防锈性能得到提高。

Claims (6)

1.一种分切圆盘刀，其形状为圆环状刀片，包括中心孔(1)、刀盘(2)和刀刃(3)，所述的中心孔(1)位于刀盘(2)的中心，所述的刀刃(3)位于刀盘(2)的外环上，所述刀刃(3)的外环上设有刀刃口(4)，其特征在于：所述的刀刃口(4)的刃口角度δ为23～27°；所述刀刃口(4)的刃口厚度h为0.24-0.26mm，刀刃(3)的厚度H为1.2±0.02mm。
2.根据权利要求1所述的一种分切圆盘刀，其特征在于：所述刀刃(3)的一个表面关于另一平面的平行度≤0.03。
3.权利要求1所述的一种分切圆盘刀的制造方法，其步骤为：
(1)毛坯原材料的准备：
采用锻造用锻造毛坯制得，该锻造毛坯组分的质量百分比为：C：1.15-1.33％、N：0.2-0.4％、Mn：0.30-0.40％、Si：0.52-1.20％、Cr：8.50-10.50％、W：1.50-2.50％、V：0.35-0.50％、Mo：0.25-0.40％、Ni：0.30-0.40％、Cu：≤0.30％、S：≤0.020％、P：≤0.027％，余量为Fe；
(2)锻造毛坯的等温球化退火处理：
将经步骤(1)中得到的锻造毛坯进行退火处理，保温温度为905-935℃，保温时间为1.5-2.5h，随炉冷却至780～800℃时等温2.5-3.5h；
(3)锻造毛坯的初加工：
将退火处理后的锻造毛坯车加工成分切圆盘刀的初级形状并平整，保留1mm的余量；
(4)分切圆盘刀的热处理：
将经步骤(3)车加工的分切圆盘刀，先加热至640-660℃保温0.8-1.5h，然后加热至840-860℃保温0.8-1.5h，继续加热至1040-1060℃保温0.8-1.5h，然后再加热至1160-1200℃保温20-30min后淬火；
(5)分切圆盘刀的粗磨及校平：
粗磨经过步骤(4)热处理后的分切圆盘刀的两个平面，然后进行校平保证其平行度满足要求；
(6)回火：
将步骤(5)中校平后的分切圆盘刀进行三次回火处理，每次回火温度为540-560℃，在前一次回火后空冷至室温后进行下一次回火；
(7)分切圆盘刀的深加工：
将步骤(6)中回火处理后的分切圆盘刀，进一步深加工，其步骤为：
A、找基准；
B、中心孔倒角；
C、精磨分切圆盘刀的刀盘平面和刀刃平面；
D、精磨刀刃口；
F、分切圆盘刀的检测，检测刃口角度、平行度、表面粗糙度是否合格。
4.根据权利要求3所述的一种分切圆盘刀的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中锻造毛坯的组分及其质量百分比为：C：1.25％、N：0.32％、Mn：0.34％、Si：0.76％、Cr：9.00％、W：2.10％、V：0.42％、Mo：0.36％、Ni：0.40％、Cu：≤0.30％、S：≤0.020％、P：≤0.027％，余量为Fe。
5.根据权利要求3所述的一种分切圆盘刀的制造方法，其特征在于：所述步骤(2)中加热速度≤200℃/h。
6.根据权利要求5所述的一种分切圆盘刀的制造方法，其特征在于：所述步骤(4)中分切圆盘刀的热处理是先加热至650℃保温1h，然后加热至850℃保温1h，继续加热至1050℃保温1h，然后再加热至1180℃保温26min后淬火。
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