CN110218947B - 一种合金材料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种合金材料，按质量百分数计，由以下组分组成：Cr 1‑8％，Ni 5‑20％，Mn 0.1‑0.8％，Ti 0.5‑3％，Mo 0.1‑3％，W 5‑18％，C 0.5‑2％，Fe余量。另外本发明还公开了所述合金材料的制备方法和应用于制备强化刀刃的方法。本发明制得的强化刀刃，硬度高、锋利，并且不崩边、不卷刃、耐磨、耐腐蚀、防锈蚀、抗氧化。本发明所述强化刀刃的制备方法过程简单，成本低，适合工业大量生产，且生产效率高。
Description
技术领域
本发明属于材料领域，特别涉及一种合金材料及其应用。
背景技术
厨刀、剪刀、户外或军工刀具、工具铲、锯等一般由不锈钢材料经冲压成型后，再经过热处理、表面淬火、热扩散等过程提高硬度、强度及耐磨性能，但这些过程在提高刀具性能方面非常有限，且过程工序复杂、不易管控、一致性差，难以满足高端市场在高硬度、高锋利度及良好韧性性能方面的需求。
现有技术中刀刃强化方法如专利“一种利用激光熔敷技术强化刀刃的刀具(CN106119838A)和一种高硬度增材制造刀具(CN107022759A)”均采用激光熔敷的方式进行刀刃强化，但激光加热快、冷却快，应力释放性能差，导致刀刃机械性能较差，例如韧性不佳、耐磨性较差，耐腐蚀性能也较差，而且生产效率低。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种合金材料及其应用。将所述合金材料应用于刀刃强化，可明显提高刀刃的机械性能，例如硬度、耐磨性和韧性，也改善刀刃耐腐蚀性能。
一种合金材料，按质量百分数计，由以下组分组成：
优选的，一种合金材料，按质量百分数计，由以下组分组成：
进一步优选的，一种合金材料，按质量百分数计，由以下组分组成：
所述合金材料中的Cr、Mn、Ti、W具有协同增效的作用，将所述合金材料应用于刀刃强化，可明显提高刀刃的耐磨性和耐腐蚀性。
一种合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取各组分，充分混合，然后放入真空炉中在1300-1450℃下熔炼，制得混合物A；
(2)将步骤(1)制得的混合物A进行雾化，干燥、过筛，即制得所述合金材料。
优选的，步骤(1)中熔炼过程中真空炉的真空度为1-150Pa；熔炼的时间为35-45分钟。
优选的，步骤(2)中在进行雾化(所述雾化为本领域常规工艺过程)前先进行除渣、精炼、均匀化处理，所述除渣、精炼、均匀化为本领域常规工艺过程。
优选的，所述雾化是用0.7-2MPa的高压氩气或氮气对混合物A进行喷射处理。
优选的，步骤(2)中所述干燥是在80-110℃下干燥1-2小时；进一步优选的，步骤(2)中所述干燥是在100℃下干燥1.5小时。
优选的，过筛的筛网目数为200-400目，进一步优选过筛的筛网目数为300目。
将所述合金材料应用于刀刃的强化，例如强化刀、铲、锯等的刀刃。
一种强化刀刃的制备方法，包括以下步骤：
(1)刀刃清洁：根据刀具及刀刃形状，设计并制作出模具(制作模具的工艺为本领域常规工艺)，对刀具特别是刀刃待强化部位进行去污、去油、去锈、打磨等清洁处理；
(2)挤压合金材料：将刀具与模具进行装配固定，然后将每平方厘米的刀刃面积加入0.7-1g的合金材料，装入模具的模腔(所述合金材料填充刀具与模具之间的缝隙)中，再将模具放入压机中加压，加压的施压为250-350MPa，加压的时间为30-60分钟，至合金材料挤压致密，备用；
(3)烧结：将步骤(2)处理的过的刀具放入烧结炉中烧结，完成合金材料和刀刃的冶金结合；
(4)制得强化后的刀刃：将步骤(3)处理的过的刀具的刀刃部分进行开刃处理(所述开刃处理即为对刀刃进行打磨，为本领域常规工艺)，制得强化刀刃。
步骤(3)中所述烧结的具体过程为：在20-40分钟内从室温(10-25℃)升温至450-520℃，然后在20-30分钟内继续升温至780-820℃，然后在5-12分钟内升温至860-910℃，并保温10-20分钟，然后在25-35分钟内升温至1200-1250℃，并保温20-35分钟，最后自然降温至室温(10-25℃)。
优选的，步骤(3)中所述烧结的具体过程为：从室温(10-25℃)升温至500℃历时30分钟，然后历时25分钟升温至800℃，然后历时10分钟升温到900℃，并保温15分钟，然后历时30分钟升温至1250℃，并保温25分钟，最后自然降温至室温(10-25℃)。
步骤(2)中合金材料的加入量按每平方厘米的刀刃面积加入0.7-1g的合金材料
本发明所述合金材料不仅能应用于刀具、铲、锯领域，还可应用到模具、喷嘴、轴瓦、活塞领域。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)本发明强化刀刃的制备方法实现本发明所述合金材料与刀具的刀刃基体材料紧密结合，提高刀刃的硬度、锋利度和耐用性，并且不崩边、不卷刃。
(2)本发明所述强化刀刃的制备方法制备得到的强化刀刃耐磨、耐腐蚀、防锈蚀、抗氧化。
(3)本发明所述强化刀刃的制备方法过程简单，成本低，适合工业大量生产，且生产效率高。
(4)本发明所述合金材料不仅能应用于刀具领域，还可应用到模具(如挤出、压铸、冲压等模具)、喷嘴、轴瓦、活塞领域。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是以下实施例对本发明要求保护的范围不构成限制作用。
实施例1
一种合金材料，按质量百分数计，由以下组分组成：
一种合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取各组分，充分混合，然后放入真空炉中在1350℃下熔炼，制得混合物A；
(2)将步骤(1)制得的混合物A进行雾化，干燥、过筛，即制得所述合金材料。
步骤(1)中熔炼过程中真空炉的真空度为10Pa；熔炼的时间为35分钟。
步骤(2)中在进行雾化为本领域常规工艺过程。
步骤(2)中在进行雾化前先进行除渣、精炼、均匀化处理，所述除渣、精炼、均匀化为本领域常规工艺过程。
步骤(2)中所述雾化是用1MPa的高压氩气对混合物A进行喷射处理。
步骤(2)中所述干燥是在100℃下干燥1.5小时。
步骤(2)中所述过筛的筛网目数为200目。
实施例2
一种合金材料，按质量百分数计，由以下组分组成：
一种合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取各组分，充分混合，然后放入真空炉中在1450℃下熔炼，制得混合物A；
(2)将步骤(1)制得的混合物A进行雾化，干燥、过筛，即制得所述合金材料。
步骤(1)中熔炼过程中真空炉的真空度为50Pa；熔炼的时间为45分钟。
步骤(2)中在进行雾化为本领域常规工艺过程。
步骤(2)中所述雾化是用2MPa的高压氮气对混合物A进行喷射处理。
步骤(2)中所述干燥是在110℃下干燥1小时。
步骤(2)中所述过筛的筛网目数为300目。
实施例3
一种合金材料，按质量百分数计，由以下组分组成：
一种合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取各组分，充分混合，然后放入真空炉中在1500℃下熔炼，制得混合物A；
(2)将步骤(1)制得的混合物A进行雾化，干燥、过筛，即制得所述合金材料。
步骤(1)中熔炼过程中真空炉的真空度为100Pa；熔炼的时间为45分钟。
步骤(2)中在进行雾化为本领域常规工艺过程。
步骤(2)中在进行雾化前先进行除渣、精炼、均匀化处理，所述除渣、精炼、均匀化为本领域常规工艺过程。
步骤(2)中所述雾化是用1.5MPa的高压氩气对混合物A进行喷射处理。
步骤(2)中所述干燥是在80℃下干燥2小时。
步骤(2)中所述过筛的筛网目数为350目。
实施例4
一种强化刀刃的制备方法，包括以下步骤：
(1)刀刃清洁：根据刀具及刀刃形状，设计并制作出模具，对刀具特别是刀刃待强化部位进行去污、去油、去锈、打磨等清洁处理；
(2)挤压合金材料：将刀具与模具进行装配固定，然后按照每平方厘米的刀刃面积加入0.8g实施例1制备的合金材料于模具的模腔中，再将模具放入压机中加压，加压的压力为260MPa，加压的时间为55分钟，至合金材料挤压致密，备用；
(3)烧结：将步骤(2)处理的过的刀具放入烧结炉中烧结，完成合金材料和刀刃的冶金结合；
(4)制得强化后的刀刃：将步骤(3)处理的过的刀具的刀刃部分进行开刃处理(所述开刃处理即为对刀刃进行打磨，为本领域常规工艺)，制得强化刀刃。
步骤(3)中所述烧结的具体过程为：从室温(10-25℃)升温至500℃历时30分钟，然后历时25分钟升温至800℃，然后历时10分钟升温到900℃，并保温15分钟，然后历时30分钟升温至1250℃，并保温25分钟，最后自然降温至室温(10-25℃)。
实施例4制备的强化刀刃硬度达到62HRC(洛氏硬度)，垂直劈剁Q235钢不卷刃。
实施例5
一种强化刀刃的制备方法，包括以下步骤：
(1)刀刃清洁：根据刀具及刀刃形状，设计并制作出模具，对刀具特别是刀刃待强化部位进行去污、去油、去锈、打磨等清洁处理；
(2)挤压合金材料：将刀具与模具进行装配固定，然后按照每平方厘米的刀刃面积加入0.9g实施例2制备的合金材料于模具的模腔中，再将模具放入压机中加压，加压的压力为265MPa，加压的时间为45分钟，至合金材料挤压致密，备用；
(3)烧结：将步骤(2)处理的过的刀具放入烧结炉中烧结，完成合金材料和刀刃的冶金结合；
(4)制得强化后的刀刃：将步骤(3)处理的过的刀具的刀刃部分进行开刃处理(所述开刃处理即为对刀刃进行打磨，为本领域常规工艺)，制得强化刀刃。
步骤(3)中所述烧结的具体过程为：从室温(10-25℃)升温至500℃历时30分钟，然后历时25分钟升温至800℃，然后历时10分钟升温到900℃，并保温15分钟，然后历时30分钟升温至1250℃，并保温25分钟，最后自然降温至室温(10-25℃)。
实施例5制备的强化刀刃硬度达到62.5HRC，垂直劈剁Q235钢不卷刃。
实施例6
一种强化刀刃的制备方法，包括以下步骤：
(1)刀刃清洁：根据刀具及刀刃形状，设计并制作出模具，对刀具特别是刀刃待强化部位进行去污、去油、去锈、打磨等清洁处理；
(2)挤压合金材料：将刀具与模具进行装配固定，然后按照每平方厘米的刀刃面积加入1g实施例3制备的合金材料于再将模具放入压机中加压，加压的压力为300MPa，加压的时间为40分钟，至合金材料挤压致密，备用；
(3)烧结：将步骤(2)处理的过的刀具放入烧结炉中烧结，完成合金材料和刀刃的冶金结合；
(4)制得强化后的刀刃：将步骤(3)处理的过的刀具的刀刃部分进行开刃处理(所述开刃处理即为对刀刃进行打磨，为本领域常规工艺)，制得强化刀刃。
步骤(3)中所述烧结的具体过程为：在20分钟内从室温(10-25℃)升温至520℃，然后在20分钟内继续升温至820℃，然后在5分钟内升温至860℃，并保温20分钟，然后在35分钟内升温至1250℃，并保温20分钟，最后自然降温至室温(10-25℃)。
实施例6制备的强化刀刃硬度达到64HRC，垂直劈剁Q235钢不卷刃。
对比例1
与实施例1相比，对比例1中不含Cr和Ti。其余组分与制备过程与实施例1相同，制得合金材料。然后将制得的合金材料按照与实施例4相同的方法对刀具的刀刃进行强化，制得强化刀刃。强化刀刃的硬度达到41HRC(洛氏硬度)，垂直劈剁Q235钢卷刃
对比例2
与实施例2相比，对比例2中的Mn含量为1％和W含量为20％。其余组分与制备过程与实施例2相同。制得合金材料。然后将制得的合金材料按照与实施例5相同的方法对刀具的刀刃进行强化，制得强化刀刃。强化刀刃的硬度达到48HRC(洛氏硬度)，垂直劈剁Q235钢卷刃
产品效果测试
将实施例4-6和对比例1-2制得的强化刀刃进行耐磨性测试和耐酸耐碱测试。所述耐磨测试是将强化刀刃放置于摩擦压力机中，在100Kg压力下，摩擦压力机摩擦1000次，然后观察强化刀刃是否掉粉或者变形。所述耐酸耐碱测试是将强化刀刃分别置于0.1mol/L的氢氧化钠、盐酸中浸泡10天，观察强化刀刃表面是否有锈斑点或蚀坑出现。结果实施例4-6制备的强化刀刃不出现掉粉或者变形现象，强化刀刃表面也无锈斑点或蚀坑，对比例1制备的强化刀刃出现变形和锈斑点，对比例2制备的强化刀刃变形严重，且有蚀坑。
Claims (1)
1.一种强化刀刃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)刀刃清洁：根据刀具及刀刃形状，制作模具，对刀具进行清洁，备用；
(2)挤压合金材料：将刀具与模具进行装配固定，然后将合金材料装入模具的模腔中，再将模具放入压机中加压，备用；
(3)烧结：将经过步骤(2)处理的刀具进行烧结，备用；
(4)制得强化后的刀刃：将经过步骤(3)处理的刀具的刀刃部分进行开刃处理，制得强化刀刃；
步骤(3)中所述烧结的具体过程为：在20-40分钟内从10-25℃升温至450-520℃，然后在20-30分钟内继续升温至780-820℃，然后在5-12分钟内升温至860-910℃，并保温10-20分钟，然后在25-35分钟内升温至1200-1250℃，并保温20-35分钟，最后自然降温至10-25℃；
步骤(2)中合金材料的加入量按每平方厘米的刀刃面积加入0.7-1g的合金材料；步骤(2)中的加压的压力为250-350MPa，加压的时间为30-60分钟；
所述合金材料，按质量百分数计，由以下组分组成：
所述合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取各组分，充分混合，然后放入真空炉中在1300-1450℃下熔炼，制得混合物A；
(2)将步骤(1)制得的混合物A进行雾化，干燥、过筛，即制得所述合金材料；
步骤(1)中熔炼过程中真空炉的真空度为1-150Pa；熔炼的时间为35-45分钟；
步骤(2)中在进行雾化前先进行除渣、精炼、均匀化处理；所述雾化是用0.7-2MPa的高压氩气或氮气对混合物A进行喷射处理；
步骤(2)中所述干燥是在80-110℃下干燥1-2小时；
过筛的筛网目数为200-400目。
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