CN108179361B

CN108179361B - 一种低钴型耐磨机械刀片

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Publication number: CN108179361B
Application number: CN201711382201.2A
Authority: CN
Inventors: 胡会峰; 胡明; 胡三宝
Original assignee: ANHUI JIALONG KNIVES MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: ANHUI JIALONG KNIVES MANUFACTURING Co Ltd
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2019-10-25
Anticipated expiration: 2037-12-20
Also published as: CN108179361A

Abstract

本发明公开了一种低钴型耐磨机械刀片，属于机械刀片领域。本发明的低钴型耐磨刃钢，采用含Co：2.6～3.5％的合金钢加工刀片，并采用超塑性无氧化加热半钎焊镶钢方法把低钴型耐磨刃钢焊接在刀体上，其加工方法为：首先，在低钴型耐磨刃钢与刀体之间填充混合粉料，然后采用氩弧焊方式把包括Cu、Ni、Cr、Fe的混合粉料封闭在高合金钢刃钢与刀体之间，然后加热，混合粉料形成液固并存Cu‑Ni合金后进行热轧焊接。本发明通过改变刃钢的成份含量，使刃钢的耐磨性能以及使用寿命得到显著提高。

Description

一种低钴型耐磨机械刀片

技术领域

本发明涉及机械刀片制备技术领域，更具体地说，涉及一种低钴型耐磨刃钢、机械刀片及其镶钢工艺。

背景技术

高速钢是一种含多量碳(C)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等元素的高合金钢，热处理后具有高热硬性，当切削温度高达600℃以上时，硬度仍无明显下降，用其制造的刀具切削速度可达每分钟60米以上，其硬度为63-65HRC。

高速钢的制造方法有两种，一为传统的钢锭浇铸，另一种则为利用粉末冶金方法制造。钢锭浇铸通常又分为二次精炼(EAF+LF+VD)或电渣重熔(ESR)两类，上述方法中由于金属液缓慢冷却，造成合金的不均匀偏析和合金碳化物的粗大，从而影响到高速钢的性能。虽然后续的热作处理可改变及细化钢锭的铸造组织，减低不良影响，但却无法消除原有的铸造组织，因而对物理及机械性质有负面的影响。粉末冶金制程已成为当今制造高性能工具钢的主要方法。其主要原理是将已调配好合金成份的高温熔融钢液，在流出时加以高压氮气雾化，使其快速凝固成均匀的粉末颗料，然后经过筛选并充填到已抽真空且密封的圆柱形钢瓶中，进行热均压(HIP)，使钢瓶内的颗粒成为完全密实的材料，再直接经由传统锻造、辊轧成不同形状产品，以供工业界使用。

含钴的高速钢有高的高温硬度，与钼同时加入马氏体时效钢中可以获得超高硬度和良好综合力学性能。Co使高速钢在回火过程中析出弥散度较大的碳化物，提高了回火后的硬度，高者可达68-70HRC。国外所生产的高速钢多为高钴型钢，例如M42钢材(W2Mo9Cr4VCo8)、M35钢材(W6Mo5Cr4V2Co5)，其中Co的含量一般不低于5％。由于我国Co元素资源较为匮乏，价格昂贵，所加工高速钢中Co元素含量较少，一般在0.3～0.4％，相应的较高也不会超过2％，并对碳(C)、钨(W)、钼(Mo)等组分含量做了调整。对于国内的高速钢，如果单纯的提高Co含量，会降低钢的淬透性，致使其综合力学性能下降，锻造性能、脆性、脱碳倾向等性能有时也会变差。因此，国内高速钢的使用寿命很难有所突破。

中国专利公开了一种铬钢系高速钢及其热处理工艺(申请号为200610049255.2)，其特征是采用的高速钢的组分及其重量百分比为：C 0.85％～1.5％,Si0.2％～0.4％,Mn0.2％～0.4％,铬9.0％～11.0％，W 2.5％～3.5％，Mo0.6％～2.0％，V0.4％～2.0％，Ni0.1％～0.3％，Co0.2％～5.0％，Nb0.8％～1.2％，S≤0.015％，P≤0.02％，其余为铁Fe。

中国专利公开了一种半高速钢铜钎焊镶钢切纸刀片及其制备方法(申请号为201210289224.X)，其特征是采用的高速钢的组分及其重量百分比为：：C：0.56～0.65％，Si：0.40～0.60％，Mn：0.25～0.40％，Cr：6.0～6.8％，W：1.6～2.5％，Mo：4.2～5.2％，V：0.7～0.9％，Nb：0.1～0.2％，Co或Ni之一：0.3～0.4％，S≤0.02％，P≤0.025％，其余为Fe。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中刀具使用寿命难以提高的不足，提供了一种低钴型耐磨刃钢、机械刀片及其镶钢工艺，本发明通过改变刃钢的成份含量，使刃钢的耐磨性能以及使用寿命得到显著提高；采用本发明的镶钢方法所加工的机械刀片，具有高强度和高蠕变抗力，避免了焊接过程中存在的各种缺陷，提高了焊接成品率和使用寿命。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种低钴型耐磨刃钢，由如下重量百分含量的化学元素组成：C：0.62～0.70％，Si：0.48～0.60％，Mn：0.28～0.36％，Cr：6.0～6.8％，W：1.6～2.5％，Mo：4.2～5.2％，V：0.78～0.95％，Nb：0.1～0.2％，Co：2.6～3.5％，S≤0.03％，P≤0.003％，其余为Fe。所述的V与Co的组分含量之和的范围为3.7～4.2％。钒(V)在合金钢中能够细化晶粒，但对于普通合金钢而言，在其组分没有太大变化的情况下，仅仅提高其钒含量所能带来的组织细化作用并不明显，而本实施例中其与钴(Co)配合，不但细化晶粒方面有显著改善，而且能够提高红硬性。同时耐磨性得到显著提高。

本发明的一种低钴型耐磨机械刀片，该刀片主要由低钴型耐磨刃钢和刀体组成，其中低钴型耐磨刃钢由如下重量百分含量的化学元素组成：C：0.62～0.70％，Si：0.48～0.60％，Mn：0.28～0.36％，Cr：6.0～6.8％，W：1.6～2.5％，Mo：4.2～5.2％，V：0.78～0.95％，Nb：0.1～0.2％，Co：2.6～3.5％，S≤0.02％，P≤0.025％，其余为Fe。

作为本发明更进一步的改进，低钴型耐磨刃钢和刀体之间采用超塑性无氧化加热半钎焊镶钢方法进行加工。

本发明的一种机械刀片的镶钢工艺，采用超塑性无氧化加热半钎焊镶钢方法把低钴型耐磨刃钢焊接在刀体上，其加工方法为：首先，在低钴型耐磨刃钢与刀体之间填充混合粉料，然后采用氩弧焊方式把包括Cu、Ni、Cr、Fe的混合粉料封闭在低钴型耐磨刃钢与刀体之间，然后加热，混合粉料形成液固并存Cu-Ni合金后进行热轧焊接。

作为本发明更进一步的改进，填充混合粉料的工艺过程为：

1)、在高合金钢刃钢上开槽，该槽体能够与刀体配合；

2)、在槽体内刷涂铜钎焊料，使焊料均匀分布；

3)把刀体放入所开设槽体内，并把低钴型耐磨刃钢与刀体绑缚固定；

作为本发明更进一步的改进，所述混合粉料中物料的粒度不小于200目，纯度不小于99.5％。

作为本发明更进一步的改进，所述的混合粉料中各组分的摩尔量占比为：Cu：2～4份；Ni：1.6～2.4份；Cr：0.8～1.4份；Fe：3～5份。并且Cu与Ni占混合粉料摩尔总量的0.46～0.54。

作为本发明更进一步的改进，加热时，在加热炉中把升温至1190-1250℃，保温透烧20-30分钟，然后降温至1150-1180℃，使固相占比70％-80％开始热轧，压力机施压温度至900-880℃。

本发明以Cu、Ni、Cr、Fe混合粉焊料氩弧焊封闭与刃钢与高合金刃钢之间，在普通加热炉中无氧化加热；混合粉配比决定液固相比例，保证在1200℃左右加热时，Cu-Ni互相完全互溶，1150-1180℃开始热轧时液相为10％-20％，固相70％-80％；随着热轧温度下降，1050℃以下，全部焊料固体化；那么，低合金钢在其后的退火、淬火、回火温度下焊缝不熔化，不开裂。其焊接过程是半钎焊，焊料也是超塑性的，所以，压力和形变比可以小，小功率轧机可行，采用摩擦压力机或滚道校直机也可能实现。

本发明把混合粉料均匀敷设于槽体底部，扣上刃钢，用氩弧焊封闭与刃钢与高合金刃钢之间；进入高温炉加热，加热到1220℃左右后保温透烧20-30分钟，焊接后焊缝厚度0.1-0.15mm。压力机施压温度至880-900℃。焊缝组织为白铜，与钢的铁素体一样，强度基本与不锈钢相当。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种低钴型耐磨刃钢，Co的加入细化了晶粒，提高了刀具在使用时的散热速度，红硬性高，从而使其温度始终低于其回火温度，采用该刃钢制作的刀具的使用寿命得到显著提高；

(2)本发明的一种机械刀片的镶钢工艺，本发明的焊接加热过程于1080℃始Cu熔化Ni进入形成液固相并存Cu-Ni合金，并溶解少量Fe和Cr随加热温度升高，合金熔点自动升高，固相合金颗粒数量自动增多。热轧焊接时含有少量液相的固溶体合金，具有超塑性形变能力，可以降低加热和始轧温度100℃以上，并减小压轧变形比，保证了焊接强度和刃钢质量。该方法可调节液固相并存温度，以适应不同刃钢机械刀片的高温淬火工艺。焊接时固溶合金介质既是焊料，又对结合面原子具有激活作用；焊接后焊缝固溶合金无化合物脆性相，具有高强度和高蠕变抗力，其剪切强度大于300MPa。

附图说明

图1为低钴型耐磨刃钢与刀体的焊接结构示意图。

示意图中的标号说明：1、刀体；2、高合金刃钢；3、焊缝。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述。

实施例1

本实施例的一种低钴型耐磨刃钢，所采用的各组分按重量百分含量占比为：C：0.62％，Si：0.52％，Mn：0.30％，Cr：6.5％，W：1.8％，Mo：4.7％，V：0.80％，Nb：0.12％，Co：3.2％，S≤0.03％，P≤0.003％，其余为Fe。

该低钴型耐磨刃钢的加工工艺为：采用感应电炉或感应电炉冶炼后经过电渣重熔生产低钴型耐磨刃钢，然后进行锻轧，锻轧温度为920℃；将锻轧后的低钴型耐磨刃钢加热至860℃～875℃，保温5小时随炉冷却。

采用上述低钴型耐磨刃钢加工机械刀片，包括刀体和低钴型耐磨刃钢，低钴型耐磨刃钢和刀体之间采用超塑性无氧化加热半钎焊镶钢方法进行加工，加工工艺为：

在刀体上开槽，在槽体内刷涂铜钎混合粉料，使混合粉料均匀分布，按照摩尔量，混合粉料包括3份Cu、2份Ni、1份Cr和4份Fe，然后采用氩弧焊方式把包括Cu、Ni、Cr、Fe的混合粉料封闭在刀体与低钴型耐磨刃钢之间，然后加热。加热时，在加热炉中把温度升至1195℃左右，保温透烧28分钟，然后降温至1160℃左右，混合粉料形成液固并存Cu-Ni合金，使固相占比70％-80％开始热轧，燃后进行热轧焊接，热轧时压力机施压温度至880-900℃。焊接后进行退火、淬火、回火处理。

实施例2

本实施例的一种低钴型耐磨刃钢，所采用的各组分按重量百分含量占比为：C：0.68％，Si：0.53％，Mn：0.32％，Cr：6.0％，W：2.2％，Mo：4.7％，V：0.78％，Nb：0.15％，Co：3.0％，S≤0.03％，P≤0.003％，其余为Fe。

该低钴型耐磨刃钢的加工工艺为：采用感应电炉或感应电炉冶炼后经过电渣重熔生产低钴型耐磨刃钢，然后进行锻轧，锻轧温度为980℃；将锻轧后的低钴型耐磨刃钢加热至860℃～875℃，保温5～6小时随炉冷却。

在刀体上开槽，在槽体内刷涂铜钎混合粉料，使混合粉料均匀分布，按照摩尔量，混合粉料包括3份Cu、2.1份Ni、1.3份Cr和4份Fe，然后采用氩弧焊方式把包括Cu、Ni、Cr、Fe的混合粉料封闭在刀体与低钴型耐磨刃钢之间，然后加热。加热时，在加热炉中把温度升至1195℃左右，保温透烧28分钟，然后降温至1160℃左右，混合粉料形成液固并存Cu-Ni合金，使固相占比70％-80％开始热轧，燃后进行热轧焊接，热轧时压力机施压温度至880-900℃。焊接后进行退火、淬火、回火处理。

实施例3

本实施例的一种低钴型耐磨刃钢，所采用的各组分按重量百分含量占比为：C：0.65％，Si：0.57％，Mn：0.28％，Cr：6.4％，W：1.7％，Mo：5.1％，V：0.90％，Nb：0.15％，Co：3.3％，S≤0.03％，P≤0.003％，其余为Fe。

该低钴型耐磨刃钢的加工工艺为：采用感应电炉或感应电炉冶炼后经过电渣重熔生产低钴型耐磨刃钢，然后进行锻轧，锻轧温度为970℃；将锻轧后的低钴型耐磨刃钢加热至860℃～875℃，保温5～6小时随炉冷却。

在刀体上开槽，在槽体内刷涂铜钎混合粉料，使混合粉料均匀分布，按照摩尔量，混合粉料包括3份Cu、2.2份Ni、1.1份Cr和4.3份Fe，，然后采用氩弧焊方式把包括Cu、Ni、Cr、Fe的混合粉料封闭在刀体与低钴型耐磨刃钢之间，然后加热。加热时，在加热炉中把温度升至1195℃左右，保温透烧28分钟，然后降温至1160℃左右，混合粉料形成液固并存Cu-Ni合金，使固相占比70％-80％开始热轧，燃后进行热轧焊接，热轧时压力机施压温度至880-900℃。焊接后进行退火、淬火、回火处理。

对比例1

采用以下各组分及其百分含量加工合金钢：C：0.56～0.65％，Si：0.40～0.60％，Mn：0.25～0.40％，Cr：6.0～6.8％，W：1.6～2.5％，Mo：4.2～5.2％，V：0.7～0.9％，Nb：0.1～0.2％，Co或Ni之一：0.3～0.4％，S≤0.02％，P≤0.025％，其余为Fe；采用上述超塑性无氧化加热半钎焊镶钢方法进行加工，形成机械刀片。

对比例2

先用氩弧焊沿着高合金钢刃钢与Q235低碳钢刀体的结合面边界焊接封闭使之无继续氧化，其次，在高合金钢刃钢的α→γ相变温度附近循环加热使刃钢和刀体达到超细等轴晶组织，其工艺技术条件为：(1)在箱式空气介质炉升温至840℃保温后再降温至700℃保温20分钟，循环2～4次；(2)高合金刃钢晶粒度1μm～5μm，Q235钢刀体晶粒度＜10μm，达到超塑性变形的显微组织条件；然后，用非真空保温辊压力机设备，以波动应变方式及微小应变速率实现超塑性无氧化固相焊接，其工艺条件为：(1)往返进给通过压力辊施压1min～5min；(2)应变速率＜10-3/sec，压下量以仪表控制；(3)保温滑道温度450℃～550℃，刀片坯料温度780℃～840℃，实现超塑性无氧化焊接。最后，刀坯进入高温炉加热后，进行高温成型压轧及焊接扩散，其工艺条件为：

(1)加热温度＜1150℃，始轧温度1050℃～1080℃；

(2)三道次压轧，单道次压下量＜0.08，总压下量＜0.20；

(3)终轧温度＞880℃，轧后喷水冷却，刀坯表面冷至750℃后堆冷。

对比例3

采用对比例1的加工方案，并在高合金钢刃钢上开设实施例1～3中的槽体，并在槽体中按照实施例1中的方案填充混合粉末，安装固定刀体后，按照对比例1中的工艺进行焊接。

将实施例1-3与对比例1-3中的刀坯进行机加工处理，然后开刃，对比例1中，虽然其成份以及组成占比与本发明方案相差不多，主要在于钴元素的使用，但是其使用寿命远不及

实施例1-3中的刀片，同样环境下，实施例1-3中的刀片的使用时间可提高达50％。对比例3中所生产刀具存在明显开裂现象，主要是因为其温度条件不适于混合粉料的加工条件。然后对实施例1-3中的刀具与对比例2中的刀具进行大量对比，发现实施例1-3中虽然也有废品产生，但是其废品率相对于对比例2可降低近40％，相对于普通的热轧镶钢焊接废品率下降近70％，效果有明显改善。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种低钴型耐磨机械刀片，其特征在于：该刀片主要由低钴型耐磨刃钢和刀体组成，其中低钴型耐磨刃钢由如下重量百分含量的化学元素组成：C：0.62～0.70％，Si：0.48～0.60％，Mn：0.28～0.36％，Cr：6.0～6.8％，W：1.6～2.5％，Mo：4.2～5.2％，V：0.78～0.95％，Nb：0.1～0.2％，Co：2.6～3.5％，S≤0.02％，P≤0.025％，其余为Fe；采用超塑性无氧化加热半钎焊镶钢方法把低钴型耐磨刃钢焊接在刀体上，其加工方法为：首先，在低钴型耐磨刃钢与刀体之间填充混合粉料，然后采用氩弧焊方式把包括Cu、Ni、Cr、Fe的混合粉料封闭在高合金钢刃钢与刀体之间，然后加热，混合粉料形成液固并存Cu-Ni合金后进行热轧焊接,所述的混合粉料中各组分的摩尔量占比为：Cu：2～4份；Ni：1.6～2.4份；Cr：0.8～1.4份；Fe：3～5份；加热时，在加热炉中把温度升至1190-1250℃，保温透烧20-30分钟，然后降温至1150-1180℃，使固相占比70％-80％开始热轧，压力机施压温度至880-900℃。

2.根据权利要求1所述的一种低钴型耐磨机械刀片，其特征在于：填充混合粉料的工艺过程为：

1)、在低钴型耐磨刃钢上开槽，该槽体能够与刀体配合；

2)、在槽体内刷涂铜钎焊料，使焊料均匀分布；

3)、把刀体放入所开设槽体内，并把低钴型耐磨刃钢与刀体绑缚固定；

3.根据权利要求2所述的一种低钴型耐磨机械刀片，其特征在于：所述混合粉料中物料的粒度不小于200目，纯度不小于99.5％。

4.根据权利要求2所述的一种低钴型耐磨机械刀片，其特征在于：Cu与Ni占混合粉料摩尔总量的0.46～0.54。