CN106119838A - 一种利用激光熔覆技术强化刀刃的刀具 - Google Patents

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路超
尹燕
屈岳波
刘鹏宇
栗子林
蔡伟军
刘燕红
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Lanzhou University of Technology
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26BHAND-HELD CUTTING TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B26B9/00Blades for hand knives

Abstract

本发明公开了一种利用激光熔覆技术强化刀刃的刀具。包括刀体和柄体,所述刀体的刃口线位置熔覆一层由耐磨的硬质合金混合粉末形成的熔覆层,硬质合金混合粉末由镍基合金粉末和碳化钨粉末按比例混合而成,镍基合金粉末质量百分比为40%~70%,碳化钨粉末质量百分比为30%~60%,其中镍基合金粉末以质量百分比计组成为Cr:18%~23%、Fe:4%~7%、Nb:2%~4.5%、Mo:8%~11.5%、Al:0.2%~0.4%、Ti:1%~2.5%、C:0.1%~0.6%、Si:0.2%~0.5%、Mn:0.2%~0.6%、V:1.5%~2.5%,余量为Ni。本发明的优点在于,熔覆层与刀体达到良好的冶金结合,熔覆层组织细小均匀,稀释率低;刀体开刃后,刃部的硬度、锋利度、耐腐蚀及耐磨损性均有较大提高,成本较低,提高刃部硬度的同时韧性不会降低。

Description

一种利用激光熔覆技术强化刀刃的刀具
技术领域
[0001]本发明属于刀具制造领域,更具体地说,尤其涉及一种利用激光熔覆技术强化刀刃的刀具。
背景技术
[0002]目前,国内已有的发展比较成熟的刀具刀刃强化的方法有热处理、表面淬火、热扩渗技术、电镀及热喷涂等等。热处理、表面淬火及热扩渗技术都是在没有改变基体材料的情况下,改变刀刃性能,这些方法提高刀刃性能的程度非常有限,电镀及热喷涂虽然可以用特殊合金粉末形成涂覆层,但是涂覆层与基体结合强度有限。
[0003]上述各种方法都有各自的缺点及不足,提高刀刃性能程度非常有限,严重制约了我国高端刀具行业的发展,与国外刀具性能有较大差距,因此,急需开发一种新技术来从根本上改变刀具刃部的性能。
[0004]激光熔覆技术是材料表面改性的一种重要方法,其原理是通过在基材表面添加熔覆材料,并利用高能密度的激光束辐照加热,使熔覆材料和基材表面薄层发生熔化并快速凝固,从而实现涂层材料和基层材料的冶金结合,获得无孔、晶粒细小的显微组织以及良好机械性能的熔覆层,特别是在低成本基体表面获得高性能的涂层,是一种经济效益较高的表面改性技术,可以降低材料成本,节约贵重稀有金属材料。
[0005]国外已有一些制品公司开始利用激光熔覆技术制备刀具熔覆层,但是对于熔覆粉末的要求较高,国内生产粉末尚未达到要求。
发明内容
[0006]本发明的目的是为了解决上述存在的问题,提供一种利用激光熔覆技术强化刀刃的刀具,旨在提供一种粉末配方。。
[0007]本发明通过以下技术方案实现。
[0008]本发明所述的一种利用激光熔覆技术强化刀刃的刀具,包括刀体和柄体,所述刀体的刃口线位置通过激光熔覆工艺熔覆一层由耐磨的硬质合金混合粉末形成的熔覆层,所述硬质合金混合粉末由镍基合金粉末和碳化钨粉末按比例混合而成,其中镍基合金粉末质量百分比为40%〜70%,碳化钨粉末质量百分比为30%〜60%,所述镍基合金粉末以质量百分比计组成为Cr: 18%〜23%、Fe: 4%〜7%、Nb: 2%〜4.5%、Mo: 8%〜11.5%、A1: 0.2%〜0.4%、Ti: 1%〜2.5%、C: 0.I %〜0.6%、S 1: 0.2%〜0.5%、Mn: 0.2%〜0.6%、V:1.5%〜2.5%,余量为Ni。
[0009]优选地,所述镍基合金粉末占质量百分比为60%,碳化钨粉末占质量百分比为40%,其中镍基合金粉末以质量百分比计组成为Cr: 20%、Fe: 5%、Nb: 3%、Mo: 9.5%、A1: 0.3%、Ti:2.0%、C: 0.5%、S1: 0.3%、Mn: 0.4%、V: 2.0%,余量为Ni。
[0010] 优选地,所述镍基合金粉末粒径范围为35〜150μηι,碳化妈粉末为球形粉末,粒径范围为10-45umo
[0011 ]优选地,所述的刀体材料为不锈钢,刀体的厚度范围为2.0〜4.0皿1。
[0012]优选地,所述熔覆层为单层,熔覆层高度及宽度都和刀体厚度相当。
[0013]本发明的优点在于,与现有技术相比,本发明具有以下优点及有益效果:(I)采用本发明制备的刀具,刀刃的刃口线部位的熔覆层与刀体达到良好的冶金结合,熔覆层组织细小均匀,稀释率低;(2)刀体开刃后,刃部即熔覆层的硬度、锋利度、耐腐蚀及耐磨损性均有较大提高,达到了高端刀具的要求;(3)本发明所用的硬质合金混合粉末为镍基合金粉末和碳化钨粉末按比例混合,成本较低,提高刃部硬度的同时韧性不会降低。
附图说明
[0014]图1是本发明刀体的刃口线熔覆前的结构示意图;
图2是本发明刀体的刃口线熔覆后的结构示意图。
[00Ί5]附图中各数字标号的名称分别为:1一刃口线;2—刀柄;3—恪覆层。
具体实施方式
[0016]下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0017]本发明是一种利用激光熔覆技术强化刀刃的刀具,包括刀体和柄体2,所述刀体的刀刃刃口线位置通过激光熔覆工艺熔覆一层由耐磨的硬质合金混合粉末形成的熔覆层3。
[0018] 实施例1
硬质合金混合粉末为镍基合金粉末与碳化钨粉末的混合,镍基合金粉末占质量百分比为70%,碳化钨粉末占质量百分比为30%,其中镍基合金粉末以质量百分比计组成为Cr: 18%、Fe: 5%、Nb: 2%、Mo: 8%、Al: 0.2%、T1:1.5%、C: 0.4%、S1: 0.2%、Mn: 0.2%、V:1.5%,余量为Ni。待熔覆刀体材料为3Cr 13、厚度为2.5 mm ;对刀体进行预处理,用砂纸打磨,去除刃口线I的氧化皮或锈斑,用丙酮清洗刀体熔覆部位,去除表面的灰尘和油污等;选择设备及参数对刀片进行激光熔覆:激光器为半导体激光器,同轴送粉,激光熔覆参数为:激光功率1300W,离焦量为1mm,熔覆速度为5mm/s,保护气体压力为0.1Mpa,激光光斑直径为2.5mm,送粉器的载气量为3.510^,粉盘的转速为2.0 r/min,送粉器送粉所用气体和激光熔覆保护气体均采用99.99%的氩气。
[0019]本实施例中的熔覆层3无裂纹和气孔,熔覆层3与刀体达到良好的冶金结合,熔覆层3高度及宽度均与刀体厚度相当,因镍基合金粉末里含有适量的钛、钒,以及大量的铬、钼元素,在进行热处理时,会析出适量有关碳化物,成为熔覆层3强化相,使刀刃部位硬度、耐磨性等性能得到提高。经热处理后,开刃、打磨及抛光,刀刃即熔覆层3的硬度达到60HRC,锋利度、耐磨性和耐蚀性均有较大提高;其中,耐蚀等级<4级,锋利度不大于4N,耐磨性能是原来的1.5倍。
[0020] 实施例2
硬质合金混合粉末为镍基合金粉末与碳化钨粉末的混合,镍基合金粉末占质量百分比为60%,碳化钨粉末占质量百分比为40%,其中镍基合金粉末以质量百分比计组成为Cr: 20%、Fe: 5%、Nb: 3%、Mo:9.5%、A1: 0.3%、T1: 2.0%、C:0.5%、Si:0.3%、Mn:0.4%、V: 2.0%,余量为Ni。待恪覆刀体材料为4Cr 13、厚度为3.0mm ;对刀体进行预处理,用砂纸打磨,去除刃口线I的氧化皮或锈斑,用丙酮清洗刀体熔覆部位,去除表面的灰尘和油污等;选择设备及参数对刀片进行激光熔覆:激光器为光纤激光器,利用侧向送粉激光熔覆,激光熔覆参数为:激光功率1500W,离焦量为12mm,熔覆速度为6mm/s,保护气体压力为0.IMpa,激光光斑直径为2.5mm,送粉器的载气量为3.5MPa,粉盘的转速为3.0 r/min,送粉器送粉所用气体和激光熔覆保护气体均采用99.99%的氩气。
[0021]本实施例中熔覆层3无裂纹和气孔,熔覆层3与刀体达到良好的冶金结合,熔覆层3高度及宽度均与刀体厚度相当,因镍基合金粉末里含有适量的钛、钒,以及大量的铬、钼元素,在进行热处理时,会析出适量有关碳化物,成为熔覆层3强化相,使刀刃部位硬度、耐磨性等性能得到提高。经热处理后,开刃、打磨及抛光,刀刃即熔覆层3的硬度达到62HRC,锋利度、耐磨性和耐蚀性均有较大提高;其中,耐蚀等级<4级,锋利度不大于4N,耐磨性能是原来的1.7倍。
[0022] 实施例3
硬质合金混合粉末为镍基合金粉末与碳化钨粉末的混合,镍基合金粉末占质量百分比为40%,碳化钨粉末占质量百分比为60%,其中镍基合金粉末以质量百分比计组成为Cr: 23%、Fe:6%、Nb:4.5%、Mo: 11%、Al:0.4%、T1:2.5%、C:0.6%、S1:0.5%、Mn:0.6%、V: 2.5%,余量为Ni。待恪覆刀体材料为4Crl3、厚度为3.0mm ;对刀体进行预处理,用砂纸打磨,去除刃口线I的氧化皮或锈斑,用丙酮清洗刀刃熔覆部位,去除表面的灰尘和油污等;选择设备及参数对刀片进行激光熔覆:激光器为光纤激光器,利用侧向送粉激光熔覆,激光熔覆参数为:激光功率1800W,离焦量为12mm,熔覆速度为8mm/s,保护气体压力为0.IMpa,激光光斑直径为2.5mm,送粉器的载气量为3.5MPa,粉盘的转速为4.0 r/min,送粉器送粉所用气体和激光熔覆保护气体均采用99.99%的氩气。
[0023]本实施例中熔覆层3无裂纹和气孔,熔覆层3与刀体达到良好的冶金结合,熔覆层3高度及宽度均与刀体厚度相当,因镍基合金粉末里含有适量的钛、钒,以及大量的铬、钼元素,在进行热处理时,会析出适量有关碳化物,成为熔覆层3强化相,使刀刃部位硬度、耐磨性等性能得到提高。经热处理后,开刃、打磨及抛光,刀刃即熔覆层3的硬度达到64HRC,锋利度、耐磨性和耐蚀性均有较大提高;其中,耐蚀等级<4级,锋利度不大于4N,耐磨性能是原来的2倍。
[0024]以上实施例是本发明较佳实施方案,但本发明的实施方案并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的本质与原理所作的改变、修饰、替代、组合,均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用激光熔覆技术强化刀刃的刀具,包括刀体和柄体,其特征在于,所述刀体的刃口线位置通过激光熔覆工艺熔覆一层由耐磨的硬质合金混合粉末形成的熔覆层,所述硬质合金混合粉末由镍基合金粉末和碳化钨粉末按比例混合而成,其中镍基合金粉末质量百分比为40%〜70%,碳化钨粉末质量百分比为30%〜60%,所述镍基合金粉末以质量百分比计,组成为Cr: 18%〜23%、Fe: 4%〜7%、Nb: 2%〜4.5%、Mo: 8%〜11.5%、A1: 0.2%〜0.4%、Ti: 1%〜2.5%、C:0.I%~0.6%^S1:0.2%〜0.5%、Mn:0.2%〜0.6%、V:1.5%〜2.5%,余量为Ni。
2.根据权利要求1所述利用激光熔覆技术强化刀刃的刀具,其特征在于,所述镍基合金粉末占质量百分比为60%,碳化钨粉末占质量百分比为40%,其中镍基合金粉末以质量百分比计组成为Cr: 20%^Fe: 5%、Nb: 3%、Mo: 9.5%、Al:0.3%、T1: 2.0%、C:0.5%、Si:0.3%、Mn: 0.4%、V: 2.0%,余量为 Ni。
3.根据权利要求1所述利用激光熔覆技术强化刀刃的刀具,其特征在于,所述镍基合金粉末粒径范围为35〜150μπι,碳化钨粉末为球形粉末,粒径范围为10-45um。
4.根据权利要求1所述利用激光熔覆技术强化刀刃的刀具,其特征在于,所述的刀体材料为不锈钢,刀体的厚度范围为2.0〜4.0mm0
5.根据权利要求4所述利用激光熔覆技术强化刀刃的刀具,其特征在于,所述熔覆层为单层,熔覆层高度及宽度都和刀体厚度相当。
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