CN105904172A - 原发性强化相纤维垂直取向高强耐磨刀具的制备方法 - Google Patents

原发性强化相纤维垂直取向高强耐磨刀具的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了原发性强化相纤维垂直取向高强耐磨刀具的制备方法，将矩形钢胚进行多道次定向轧制，轧制时确保钢胚只在钢胚的长度和高度方向产生塑性形变，在宽度方向不产生塑性形变，轧制后即形成内部均匀分布若干条直线形强化相和组织组成物的流线纤维的矩形板材，且每条流线纤维的延伸方向均与板材的长度方向相同；然后对轧制后的进行刀体下料形成刀体胚料，下料的切割面与每条流线纤维均垂直，再经过淬火、回火及开刃处理得到原发性强化相纤维垂直取向高强耐磨刀具。本发明制备的刀具，保证了刀体在厚度方向上具有最高的抗拉强度，从而使刀具具有更长的使用寿命，大幅提高了刀具的耐磨性能。

Description

原发性强化相纤维垂直取向高强耐磨刀具的制备方法
技术领域
本发明涉及原发性强化相纤维垂直取向高强耐磨刀具的制备方法。
背景技术
刀具是日常生产中常用的工具，纺织、制衣、造纸、印刷、肉类加工、金属制品以及机械制造等行业，都需要使用切割刀具以实现对各类面料、纸张、动物骨头以及金属的切割裁剪。随着人类生活水平的不断提高，对各类切割的要求不断增加，因而对刀具的耐磨性、韧性以及抗疲劳强度等各方面要求越来越高，因此，迫切需要具有更高耐磨性，更高抗拉强度和更高疲劳强度的新型刀具材料。
通过对大量刀具的受力分析和失效分析后确定，刀具在工作时，其受力状态如图1所示，刀体高度方向受压应力P，刀体厚度方向受拉应力F，刀刃两侧面与被切割材料产生剧烈摩擦、磨损失效；同时，刀体及刃部受横向拉应力长期作用产生疲劳破坏。
现有技术是将原发性强化物相碎化以破坏其方向性，从而也破坏了强化相纤维在其平行方向的强化作用。因此，现有技术所生产的刀具及其机械零部件在各个方向上都具有相同的性能，无法做到根据刀具、零部件的具体受力状态，通过调整强化相的排列和分布使其重要工作面具有远高于非工作面的机械性能。这便是现有技术的缺点所在。
现有刀体在厚度方向没有利用强化相纤维垂直取向强化而刀刃两侧面也没有得到均匀分布的球粒状强化相的强化作用因而无法增加与被切割材料产生剧烈摩擦时的耐磨性，即没有提高刀具本身的耐磨性及刀体厚度方向的抗拉强度。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提供原发性强化相纤维垂直取向高强耐磨刀具的制备方法，能够大幅提高刀具本身的耐磨性及刀体厚度方向的抗拉强度和抗疲劳性能。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
原发性强化相纤维垂直取向高强耐磨刀具的制备方法，将矩形钢胚进行多道次定向轧制，轧制时确保钢胚只在钢胚的长度和高度方向产生塑性形变，在宽度方向不产生塑性形变，轧制后即形成内部均匀分布若干条直线形强化相和组织组成物的流线纤维的矩形板材，且每条流线纤维的延伸方向均与板材的长度方向相同；然后对轧制后的进行刀体下料形成刀体胚料，下料的切割面与每条流线纤维均垂直，再经过淬火、回火及开刃处理得到原发性强化相纤维垂直取向高强耐磨刀具。
本发明制备的刀具，其刀体内原发性强化相经定向轧制成型工艺，形成若干直线形强化相和组织组成物的流线纤维，每个强化相和组织组成物的流线纤维与刀体两侧刀面均垂直，保证了刀体在厚度方向上具有最高的抗拉强度，从而使刀具具有更长的使用寿命，每个纤维状强化相的两端在刀体两侧刀面上成均匀分布的球粒状，大幅提高了刀具的耐磨性能。
优选的，具体步骤为：
(1)将钢坯锻打成矩形钢胚；
(2)将矩形钢胚进行多道次定向轧制，轧制时确保钢胚只在钢胚的长度和高度方向产生塑性形变，在宽度方向不产生塑性形变，轧制后即形成内部均匀分布若干个直线形强化相和组织组成物的流线纤维的矩形板材，且直线形强化相和组织组成物的流线纤维的延伸方向与板材的长度方向相同；
(3)对轧制后的板材进行刀体下料形成刀体胚料，下料的切割面与直线形强化相和组织组成物的流线纤维垂直；
(4)对刀体进行淬火及回火处理；
(5)对刀体进行磨削开刃。
进一步优选的，所述步骤(2)的矩形板材的高度为0.01-150mm。
进一步优选的，所述步骤(4)的淬火温度为800-1100℃。
进一步优选的，所述步骤(4)的回火温度为480-650℃，回火次数为3-4次。
本发明刀具的刀体内均匀分布了若干直线形强化相和组织组成物的流线纤维，保证了刀体在厚度方向上具有最高的抗拉强度，从而使刀具具有更长的使用寿命；每条强化相和组织组成物的流线纤维的两端在刀体两侧刀面上成圆点状从而大幅提高了刀具的耐磨性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.刀体在工作时，其厚度方向受拉应力，由于刀体内均匀分布了若干直线形强化相和组织组成物的流线纤维，且直线形强化相和组织组成物的流线纤维与刀体两侧刀面均垂直，保证了刀体在厚度方向上具有最高的抗拉强度，从而使刀具具有更长的使用寿命；
2.每条强化相和组织组成物的流线纤维的两端在刀体两侧刀面上成圆点状，增加了刀体两侧刀面的耐磨性，从而大幅提高了刀具的耐磨性能。
附图说明
图1为刀具受力分析示意图；
图2为内部均匀分布若干条直线形强化相和组织组成物的流线纤维的矩形板材的结构示意图，A为矩形板材的长度，B为宽度，C为高度；
图3为形成的刀体胚料示意图，a为刀体长度，b为刀体高度，c为刀体厚度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
原发性强化相纤维垂直取向高强耐磨刀具，如图3所示，包括刀体，所述刀体内均匀分布若干强化相和组织组成物的流线纤维，原发性强化相和组织组成物经定向轧制形成强化相和组织组成物的流线纤维，每条强化相和组织组成物的流线纤维为直线形流线纤维，且每条强化相和组织组成物的流线纤维与刀体两侧刀面均垂直，每条强化相和组织组成物的流线纤维的两端在刀体两侧刀面上成圆点状。所述刀具厚度c为0.01-150mm。若干所述强化相和组织组成物的流线纤维在刀体高度b方向上的间距为0.01-5mm。若干所述强化相和组织组成物的流线纤维在刀体长度a方向上的间距为0.01-5mm。
原发性强化相纤维垂直取向高强耐磨刀具的制备方法是：将矩形钢胚进行多道次定向轧制，轧制时确保钢胚只在钢胚的长度A和高度C方向产生塑性形变，在宽度B方向不产生塑性形变，轧制后即形成内部均匀分布若干条直线形强化相和组织组成物的流线纤维的矩形板材如图2所示，且每条直线形强化相和组织组成物的流线纤维的延伸方向均与板材的长度A方向相同；然后对轧制后的进行刀体下料形成刀体胚料如图3所示，下料的切割面与每条流线纤维均垂直，再经过淬火、回火及磨削开刃处理得到原发性强化相纤维垂直取向高强耐磨刀具。
所述淬火温度为800-1100℃。
所述回火温度为480-650℃，回火次数为3-4次。
刀体在工作时，其厚度c方向受拉应力，由于刀体内均匀分布了若干直线形强化相和组织组成物的流线纤维，且直线形强化相和组织组成物的流线纤维与刀体两侧刀面均垂直，保证了刀体在厚度c方向上具有最高的抗拉强度，从而是刀具具有最长的使用寿命；
每条强化相和组织组成物的流线纤维的两端在刀体两侧刀面上成圆点状，增加了刀体两侧刀面的耐磨性，从而大幅提高了刀具的耐磨性能。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.原发性强化相纤维垂直取向高强耐磨刀具的制备方法，其特征是，将矩形钢胚进行多道次定向轧制，轧制时确保钢胚只在钢胚的长度和高度方向产生塑性形变，在宽度方向不产生塑性形变，轧制后即形成内部均匀分布若干条直线形强化相和组织组成物的流线纤维的矩形板材，且每条流线纤维的延伸方向均与板材的长度方向相同；然后对轧制后的进行刀体下料形成刀体胚料，下料的切割面与每条流线纤维均垂直，再经过淬火、回火及开刃处理得到原发性强化相纤维垂直取向高强耐磨刀具。
2.如权利要求1所述的原发性强化相纤维垂直取向高强耐磨刀具的制备方法，其特征是，具体步骤为：
(1)将钢坯锻打成矩形钢胚；
(2)将矩形钢胚进行多道次定向轧制，轧制时确保钢胚只在钢胚的长度和高度方向产生塑性形变，在宽度方向不产生塑性形变，轧制后即形成内部均匀分布若干个直线形强化相和组织组成物的流线纤维的矩形板材，且直线形强化相和组织组成物的流线纤维的延伸方向与板材的长度方向相同；
(3)对轧制后的板材进行刀体下料形成刀体胚料，下料的切割面与直线形强化相和组织组成物的流线纤维垂直；
(4)对刀体进行淬火及回火处理；
(5)对刀体进行磨削开刃。
3.如权利要求2所述的原发性强化相纤维垂直取向高强耐磨刀具的制备方法，其特征是，所述步骤(2)的矩形板材的高度为0.01-150mm。
4.如权利要求2所述的原发性强化相纤维垂直取向高强耐磨刀具的制备方法，其特征是，所述步骤(4)的淬火温度为800-1100℃。
5.如权利要求2所述的原发性强化相纤维垂直取向高强耐磨刀具的制备方法，其特征是，所述步骤(4)的回火温度为480-650℃，回火次数为3-4次。
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吴耀庆等: "垂直取向金属纤维增强材料的摩擦性能研究", 《润滑与密封》 *

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