CN111331963B - 一种多层复合钢及多层复合钢刀具的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层复合钢，由硬钢层和韧钢层交替叠合而成；所述硬钢层和韧钢层的总层数大于50层，且总层数为奇数；在所述多层复合钢的一延伸方向上，叠合后的所述硬钢层或韧钢层均呈波峰、波谷交替分布状延伸。本发明由硬钢层和韧钢层相互间隔依次叠加数次组成，保证了厨刀在刀刃部分既有硬钢，又有韧钢，既能保证刀刃部分的高硬度，又具有良好的韧性；硬钢层和韧钢层的排列还采用两侧对称的方式，保证刀具在淬火的过程中不易弯折；硬钢层和韧钢层相互嵌入的设置，保证刀具在任何角度开刃都能使刃口部分硬钢和韧钢相互间隔并存，且在后期的使用中，随着韧钢的磨损，刀具的刃口部分呈锯齿状，使得刀具具有良好的削切性和耐磨性。

Description

一种多层复合钢及多层复合钢刀具的制作方法
技术领域
本发明涉及多层复合金属制品技术领域，具体涉及多层复合钢及多层复合钢刀具的制作方法。
背景技术
随着人类文明的进步，青铜刀，铁刀，钢刀，不锈钢刀，甚至是小众的陶瓷刀，这些工具刀陆续出现在人类的厨房中，伴随着美食文化的发展，从单纯的烹饪工具，日渐演变成兼具使用和艺术价值的家居用品。厨刀的分类和功能也越来越细化，从一把厨刀打天下的时代，发展成为今天专用的组合刀具时代。
一般来说，世界上主要有三大厨刀系：1.中式厨刀，2.西洋厨刀，3日式厨刀。材质一般使用不锈钢，目前也有一些陶瓷刀，但是陶瓷刀怕摔，还有一些铁刀，铁刀虽然有极好的锋利度和耐磨性，但是由于易生锈，也慢慢被淘汰了。因此主流产品仍然是不锈钢。
刀若不利，其割不正，则鲜不能出，味不能入，镬气不能足。故子曰：割不正，不食。可见厨刀在食物处理中的重要性。一把性能优良的厨刀，不但要有精美的外观，还有极好的锋利度和耐磨性。通常采用能通过热处理(淬火，回火)而硬化的不锈钢材料作为刀刃，这些材料通过热处理硬度可以达到(HRC52-60)，然而随着硬度增加的同时韧性会变差，也即硬度和韧性是一对矛盾，很难得到硬度高、韧性好的效果。
所以人们开发了三层复合钢。中间采用高硬度的不锈钢材料作为刃钢，两侧表面对称用采用具有较好韧性的韧钢，这样基本实现了刀具既有高硬度又具有良好韧性。
2018.10.17公开的一件公开号为CN201811211539.6，名称为“一种低成本高品质厨刀用复合不锈钢及其制造方法”的专利，该专利公开了一种低成本高品质厨刀用复合不锈钢及其制造方法。采用低碳不锈钢钢管与高碳不锈钢钢棒组成钢坯，通过热轧和冷轧将钢坯加工成合适厚度的板材。这种板材的结构为，宽度中心附近处为三层复合钢，两侧为单一的低碳不锈钢。在制造厨刀时，两把刀坯的刀刃相对落料，即板料宽度中心三层复合钢位置作为刀刃，板料宽度边部作为刀身。这样既可以利用高碳不锈钢的高强、高硬提升刀刃的锋利性、耐磨性；还可以利用刀身处低碳不锈钢的高韧、高耐蚀性提高刀具的质量，同时降低成本。
但是，刀具(尤其是厨刀)用的不锈钢材料还存在以下问题：
这种材料在刀身可以保证既有高硬度又具有良好的韧性，但对于刀刃部分由于研磨，开刃造成韧钢磨损，所以在刀刃部分主要还是以硬钢为主，导致刀刃部分无法实现高硬度和高韧性兼具。
基于上述情况，本发明提出了一种多层复合钢及多层复合钢刀具的制作方法，可有效解决以上问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多层复合钢及多层复合钢刀具的制作方法。本发明的多层复合钢由硬钢层和韧钢层相互间隔依次叠加数次组成，保证了厨刀在刀刃部分既有硬钢，又有韧钢，既能保证刀刃部分的高硬度，又具有良好的韧性；硬钢层和韧钢层的排列还采用两侧对称的方式，保证刀具在淬火的过程中不易弯折；硬钢层和韧钢层相互嵌入的设置，保证刀具在任何角度开刃都能硬钢和韧钢并存，且在后期的使用中，随着韧钢的磨损，刀具的刃口部分呈锯齿状，使得刀具具有良好的削切性和耐磨性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种多层复合钢，由硬钢层和韧钢层交替叠合而成；所述硬钢层和韧钢层的总层数大于50层，且总层数为奇数；
在所述多层复合钢的一延伸方向上，叠合后的所述硬钢层或韧钢层均呈波峰、波谷交替分布状延伸；
所述硬钢层的牌号为5Cr15MoV或8Cr14MoV；
所述韧钢层的牌号为1Cr13或Cr13。
本发明采用多层复合钢结构，由硬钢层和韧钢层相互间隔依次叠加组成，该结构不仅提高了刀具整体的硬度和韧性，还能保证刀具的刃口部分既有硬钢，又有韧钢，保证刃口部分的高硬度和良好的韧性；多层复合钢(板)经过模压加工后，硬钢层和韧钢层之间相互嵌入设置(在所述多层复合钢的一延伸方向上，叠合后的所述硬钢层或韧钢层均呈波峰、波谷交替分布状延伸)，每一个直线位置上按一定间隔分布着硬钢和韧钢，保证刀具在任何角度开刃，都能有硬钢和韧钢并存；多层复合钢总层数为单数，即采用两侧对称设计，多层复合钢在热处理的过程中不容易发生大的形变，避免或减少了矫直工作量，也减少了因矫直断裂引起的报废率；硬钢层的材质为5Cr15MoV和8Cr14MoV，这两种材料硬度高，且成本较低，是复合钢生产中的常见材料；韧钢层的材质为1Cr13和Cr13，这两种材料具有良好的韧性，且成本较低，是复合钢生产中的常见材料。
优选的，奇数层为所述硬钢层，偶数层为所述韧钢层。
优选的，奇数层为所述韧钢层，偶数层为所述硬钢层。
优选的，所述多层复合钢的厚度为2～5毫米。
优选的，所述多层复合钢的厚度为2～3毫米。
优选的，所述硬钢层和韧钢层叠加的总层数为61～81层。
本发明还提供一种多层复合钢刀具的制作方法，采用如前所述的多层复合钢制作多层复合钢刀具；
具体包括如下步骤：
1)将硬钢与韧钢两者相互交替叠合至50层以上，且总层数为奇数，得到多层复合钢板；所述硬钢的牌号为5Cr15MoV或8Cr14MoV，韧钢的牌号为1Cr13或Cr13；
上述的硬钢(5Cr15MoV或8Cr14MoV)具有高硬度，韧钢(1Cr13或2Cr13)具有良好韧性；发明人经过大量的实验发现：两侧表面必须材料对称，即同为硬钢层，或同为韧钢层，总层数为奇数，保证了两侧表面材料对称，有效避免了后续热处理过程中发生侧弯现象等，保证了产品的质量。
2)将所述多层复合钢板轧制成厚度为2～3mm的钢板料，然后进行退火；
上述步骤中，所述多层复合钢板的轧制可采用高碳钢常规工艺，将所述多层复合钢板轧制成厚度为2～3mm的钢板料(可以具体实际需求调整板料厚度)；进行退火可采用高碳钢工艺退火，降低硬度，改善切削加工性。
3)将所述钢板料冲剪成刀具胚料；再加热至750～850℃之间，进行模压使其表面产生垂直于刃口的凹槽或凸痕，且凹槽或凸痕交替分布，所述凹槽或凸痕的宽度为2～3mm，凹槽深度或凸痕高度为0.2mm，所述凹槽和凸痕之间的间距为2～3mm；然后再将两侧凹槽和凸痕磨平，得到刀胚；
经上述步骤处理，就使得材料(刀具胚料)内部硬钢层和韧钢层受力弯曲变形，最终在所述多层复合钢的一延伸方向上，叠合后的所述硬钢层或韧钢层均呈波峰、波谷交替分布状延伸，即每一个直线位置上都有硬钢和韧钢按一定间隔排列着。
4)将两侧凹槽和凸痕磨平后，以厚度为3mm的钢板料为例，磨平两侧凹槽和凸痕后实际厚度为2.6mm。
将所述刀胚加热至1050～1100℃之间，保温30分钟后，在不引起表面开裂的情况下急速冷却，然后再加热180～260之间，保温120分钟后缓慢冷却；
通过上述步骤的热处理可以使刀胚硬度达到HRC58-60之间。
5)将经步骤4)处理后的刀胚进行14～60°开刃，得到刀具初品；
刀具的开刃角度也是影响刀具性能的重要因素，角度越小，刀刃越锋利，但是强度和耐用性随之降低，因此要根据刀的不同用途来决定开刃角度，才能保证其最佳性能；发明人经过大量的实验发现：本发明的材料(多层复合钢)制备的多层复合钢刀具适合14～60°开刃，可使多层复合钢刀具保证其最佳性能)。
6)将所述刀具初品进行打磨，喷砂后，装配刀具配件，得到所述多层复合钢刀具。
上述步骤中的刀具配件为刀把等本领域常用的刀具配件。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明的多层复合钢由硬钢层和韧钢层相互间隔依次叠加数次组成，保证了厨刀在刀刃部分既有硬钢，又有韧钢，既能保证刀刃部分的高硬度，又具有良好的韧性；硬钢层和韧钢层的排列还采用两侧对称的方式，保证刀具在淬火的过程中不易弯折；硬钢层和韧钢层相互嵌入的设置，保证刀具在任何角度开刃都能硬钢和韧钢并存，且在后期的使用中，随着韧钢的磨损，刀具的刃口部分呈锯齿状，使得刀具具有良好的削切性和耐磨性。
附图说明
图1为本发明一种实施例的结构示意图；
图2为本发明另一种实施例的结构示意图；
图3为本发明局部结构示意图；
图4为本发明所述多层复合钢的模压加工状态参考示意图。
图中：3为模具。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
实施例1：
如图1至3所示，一种多层复合钢，由硬钢层1和韧钢层2交替叠合而成；所述硬钢层1和韧钢层2的总层数大于50层，且总层数为奇数；
多层复合钢总层数为单数，即采用两侧对称设计，多层复合钢在热处理的过程中不容易发生大的形变，避免或减少了矫直工作量，也减少了因矫直断裂引起的报废率。
在所述多层复合钢的一延伸方向上，叠合后的所述硬钢层1或韧钢层2均呈波峰a、波谷b交替分布状延伸；
采用多层复合钢结构，由所述硬钢层1和所述韧钢层2相互间隔依次叠加组成，该结构不仅提高了刀具整体的硬度和韧性，还能保证刀具的刃口部分既有硬钢，又有韧钢，保证刃口部分的高硬度和良好的韧性；多层复合钢经过模压加工后，所述硬钢层1和所述韧钢层2之间相互嵌入设置(如图3所示)，每一个直线位置上按一定间隔分布着硬钢和韧钢，保证刀具在任何角度开刃，都能有硬钢和韧钢并存。
所述硬钢层1的牌号为5Cr15MoV或8Cr14MoV；
所述硬钢层1的材质为5Cr15MoV和8Cr14MoV，这两种材料硬度高，且成本较低。
所述韧钢层2的牌号为1Cr13或Cr13。
所述韧钢层2的材质为1Cr13和Cr13，这两种材料具有良好的韧性，且成本较低。
进一步地，在另一个实施例中，如图1所示，奇数层为所述硬钢层1，偶数层为所述韧钢层2。
多层复合钢的奇数层为所述硬钢层1，偶数层为所述韧钢层2，即多层复合钢的两面最外层均为所述硬钢层1，这样排列的钢板韧性好，但硬度更高。
进一步地，在另一个实施例中，如图2所示，奇数层为所述韧钢层2，偶数层为所述硬钢层1。
多层复合钢的奇数层为所述韧钢层2，偶数层为所述硬钢层1，即多层复合钢的两面最外层均为所述韧钢层2，这样排列的钢板硬度高，但韧性更好。
进一步地，在另一个实施例中，所述多层复合钢的厚度为2～5毫米。
多层复合钢的厚度在2～5毫米时，制成的刀具硬度高，韧性好。
进一步地，在另一个实施例中，所述多层复合钢的厚度为2～3毫米。
多层复合钢的厚度在2～3毫米时，制成的刀具硬度更高，韧性更好；且多层复合钢越薄，刀具的削切性越好。
进一步地，在另一个实施例中，所述硬钢层1和韧钢层2叠加的总层数为61～81层。
多层复合钢的总层数在61～81层时，制成的刀具不仅硬度高、韧性好，而且削切性好、耐磨性好。
本发明还提供一种多层复合钢刀具的制作方法，采用如前所述的多层复合钢制作多层复合钢刀具；
具体包括如下步骤：
1)将硬钢与韧钢两者相互交替叠合至50层以上，且总层数为奇数，得到多层复合钢板；所述硬钢的牌号为5Cr15MoV或8Cr14MoV，韧钢的牌号为1Cr13或Cr13；
上述的硬钢(5Cr15MoV或8Cr14MoV)具有高硬度，韧钢(1Cr13或2Cr13)具有良好韧性；发明人经过大量的实验发现：两侧表面必须材料对称，即同为硬钢层，或同为韧钢层，总层数为奇数，保证了两侧表面材料对称，有效避免了后续热处理过程中发生侧弯现象等，保证了产品的质量。
2)将所述多层复合钢板轧制成厚度为2～3mm的钢板料，然后进行退火；
上述步骤中，所述多层复合钢板的轧制可采用高碳钢常规工艺，将所述多层复合钢板轧制成厚度为2～3mm的钢板料(可以具体实际需求调整板料厚度)；进行退火可采用高碳钢工艺退火，降低硬度，改善切削加工性。
3)将所述钢板料冲剪成刀具胚料；再加热至750～850℃之间，进行模压使其表面产生垂直于刃口的凹槽或凸痕，且凹槽或凸痕交替分布，所述凹槽或凸痕的宽度为2～3mm，凹槽深度或凸痕高度为0.2mm，所述凹槽和凸痕之间的间距为2～3mm；然后再将两侧凹槽和凸痕磨平，得到刀胚；
经上述步骤处理，就使得材料(刀具胚料)内部硬钢层和韧钢层受力弯曲变形，最终在所述多层复合钢的一延伸方向上，叠合后的所述硬钢层1或韧钢层2均呈波峰a、波谷b交替分布状延伸，即每一个直线位置上都有硬钢和韧钢按一定间隔排列着。
将两侧凹槽和凸痕磨平后，以厚度为3mm的钢板料为例，磨平两侧凹槽和凸痕后实际厚度为2.6mm。
4)将所述刀胚加热至1050～1100℃之间，保温30分钟后，在不引起表面开裂的情况下急速冷却，然后再加热180～260之间，保温120分钟后缓慢冷却；
通过上述步骤的热处理可以使刀胚硬度达到HRC58-60之间。
5)将经步骤4)处理后的刀胚进行14～60°开刃，得到刀具初品；
刀具的开刃角度也是影响刀具性能的重要因素，角度越小，刀刃越锋利，但是强度和耐用性随之降低，因此要根据刀的不同用途来决定开刃角度，才能保证其最佳性能；发明人经过大量的实验发现：本发明的材料(多层复合钢)制备的多层复合钢刀具适合14～60°开刃，可使多层复合钢刀具保证其最佳性能)。
6)将所述刀具初品进行打磨，喷砂后，装配刀具配件，得到所述多层复合钢刀具。
上述步骤中的刀具配件为刀把等本领域常用的刀具配件。
本发明由硬钢层和韧钢层相互间隔依次叠加数次组成，保证了厨刀在刀刃部分既有硬钢，又有韧钢，既能保证刀刃部分的高硬度，又具有良好的韧性；硬钢层和韧钢层的排列还采用两侧对称的方式，保证刀具在淬火的过程中不易弯折；硬钢层和韧钢层相互嵌入的设置，保证刀具在任何角度开刃都能使刃口部分硬钢和韧钢相互间隔并存，且在后期的使用中，随着韧钢的磨损，刀具的刃口部分呈锯齿状，使得刀具具有良好的削切性和耐磨性。
如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。
除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多层复合钢刀具，其特征在于：所述多层复合钢刀具由多层复合钢制成，所述多层复合钢由硬钢层（1）和韧钢层（2）交替叠合而成；所述硬钢层（1）和韧钢层（2）的总层数大于50层，且总层数为奇数；
在所述多层复合钢的一延伸方向上，叠合后的所述硬钢层（1）或韧钢层（2）均呈波峰（a）、波谷（b）交替分布状延伸；
所述硬钢层（1）的牌号为5Cr15MoV或8Cr14MoV；
所述韧钢层（2）的牌号为1Cr13或Cr13；
所述多层复合钢刀具的制作方法，具体步骤如下：
将硬钢与韧钢两者相互交替叠合至50层以上，且总层数为奇数，得到多层复合钢板；所述硬钢的牌号为5Cr15MoV或8Cr14MoV，韧钢的牌号为1Cr13或Cr13；
将所述多层复合钢板轧制成厚度为2～3mm的钢板料，然后进行退火；
将所述钢板料冲剪成刀具胚料；再加热至750～850℃之间，进行模压使其表面产生垂直于刃口的凹槽或凸痕，且凹槽或凸痕交替分布，所述凹槽或凸痕的宽度为2～3mm，凹槽深度或凸痕高度为0.2mm，所述凹槽和凸痕之间的间距为2～3mm；然后再将两侧凹槽和凸痕磨平，得到刀胚；
将所述刀胚加热至1050～1100℃之间，保温30分钟后，在不引起表面开裂的情况下急速冷却，然后再加热180～260之间，保温120分钟后缓慢冷却；
将经步骤4）处理后的刀胚进行14～60°开刃，得到刀具初品；
6）将所述刀具初品进行打磨，喷砂后，装配刀具配件，得到所述多层复合钢刀具。
2.根据权利要求1所述的一种多层复合钢刀具，其特征在于：奇数层为所述硬钢层（1），偶数层为所述韧钢层（2）。
3.根据权利要求1所述的一种多层复合钢刀具，其特征在于：奇数层为所述韧钢层（2），偶数层为所述硬钢层（1）。
4.根据权利要求1所述的一种多层复合钢刀具，其特征在于：所述多层复合钢的厚度L为2～5毫米。
5.根据权利要求1所述的一种多层复合钢刀具，其特征在于：所述多层复合钢的厚度为2～3毫米。
6.根据权利要求1所述的一种多层复合钢刀具，其特征在于：所述硬钢层（1）和韧钢层（2）的总层数为61～81层。
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