CN112552044A - 一种陶瓷刀具的加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种陶瓷刀具的加工工艺，包括粉原料预压成型→刀片雏形冲压→低温热处理→热压振动烧结→淬火→磨切削→开刃→热处理→冷却→再加热处理；本发明采用氧化锆和稀土氧化物结合的原料铸造，其陶瓷刀具的强度更高，不易断裂；其中淬火工艺中将得到的初坯刀片放置盐浴炉中加热至860～890℃淬火，并采用50～55％NaCl+50～45％Na2CO3溶液作为盐浴介质，采用亚铁氰化钠[Na4Fe(CN)6]或硬木炭脱氧，保温3‑6h之后油冷至室温。采用上述中温盐浴炉中加热淬火再低温回火的方式制造陶瓷刀具，陶瓷刀具表面光洁，无麻点，无软点，硬度可达到14.8GPa。经多年的生产实践考验，在新配制的中温盐浴炉中加热淬火，陶瓷刀具质量稳定。

Description

一种陶瓷刀具的加工工艺
技术领域
本发明属于刀具制备技术领域，更具体地说，它涉及一种陶瓷刀具的加工工艺。
背景技术
与别的刀具材料相比，陶瓷刀具最显著的缺点就是断裂韧性不足，抗弯曲强度和抗热冲击性能较差，当切削温度发生变化时，容易产生裂纹。作为评价其抗破损能力的重要指标之一，陶瓷需要通过适当的手段提高其硬度、抗弯强度及断裂韧性，而在进行民用的陶瓷刀具用品时，陶瓷刀具和餐具的其它形式很容易崩裂，缺角，陶瓷刀具材料的断裂韧性更为重要。
现有的陶瓷刀具大多采用不锈钢制造。然而传统的陶瓷刀具加工工艺十分简单，采用简单的淬火加低温回火的热处理方法加工，导致陶瓷刀具的硬度不够均匀，质量很不稳定。传统的陶瓷刀具结构简单，仅仅能够用来切割，无法起到辅助支撑作用。
发明内容
针对现有的技术方案存在的问题，本发明的目的在于提供一种陶瓷刀具的加工工艺。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种陶瓷刀具的加工工艺，包括如下步骤：
(1)将粉体原料进行预压成型，粉体原料由按质量份数计的以下组分组成：氧化锆90-95份，氧化钇2-3份，稀土氧化物1-2份；
(2)将预压成型得到的产品进行低温热处理，低温热处理的温度为1000℃；
(3)将低温热处理得到的产品进行热压振动烧结，热压振动烧结的温度从1100℃上升至1700℃，升温速率为40℃/h，待温度升高至1700℃时，压力从80MPa上升至100MPa，且升压速率为2MPa/min，并且压力在100MPa时再持续烧结20min；
(4)对步骤(3)中热压烧结得到的初坯打磨成刀片，将初坯刀片放置盐浴炉中加热至860-890℃淬火，并采用50-55％NaCl+50～45％Na2CO3溶液作为盐浴介质，采用亚铁氰化钠[Na4Fe(CN)6]或硬木炭脱氧，保温3-6h之后油冷至室温；
(5)将淬火之后的刀片重新加热至220-260℃回火，保温2～5h之后空气中冷却至室温；
(6)用磨床对刀片雏形进行磨切削过程，精磨刀片的两个端面和轮廓，精磨主轴速度控制在0.249～0.320m/s，砂轮速度控制在38～44m/s，进给量控制在0.010mm/r；
(7)开刃，在开刃机上进行开刃得到初品；
(8)将步骤(7)中的初品放入温度800℃的热机油中进行沸煮三小时；沸煮三小时后立即拿出初品放入石英砂中冷却至常温；
(9)最后对刀片表面进行光波加热200-400℃，然后冷却以消除热应力。
进一步的，步骤(6)中磨切削时使用乳液作为切削液，磨床为精密磨床。
进一步的，其中，刀片厚度为0.45mm，刀片的宽度为8-38mm。
进一步的，所述步骤(1)中，粉体原料由按质量份数计的以下组分组成：氧化锆95份，氧化钇2份，稀土氧化物1份。
本发明中，在热压振动烧结过程中采用阶梯式升温方式，且温度的起始点与低温热处理的温度接近，甚至一致。这有助于促使物料在微观层面逐渐达到平衡，从而使最终制得的陶瓷刀具的内部结构中各组分的界面之间分布更均匀；另外，在热压的后半阶段，逐渐升温的过程更有利于物料内的气孔的收缩。
另外，本发明在热压烧结过程中，在温度升高至最高时，将压力逐渐从80MPa升高到100MPa，且控制升压速率在一定值。在最高温度下，将压力逐渐增加，可以促使不同组分之间的界面结合更紧密。在达到100MPa时，再持续烧结20min，有助于组分之间结合紧密。
本发明所制得的陶瓷刀具的强度高，韧性强，其硬度可以达到14.8GPa，断裂韧性可以达到15以上，抗弯强度可以达到2094MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用氧化锆和稀土氧化物结合的原料铸造，其陶瓷刀具的强度更高，不易断裂。热压振动烧结过程中采用阶梯式升温方式，且温度的起始点与低温热处理的温度接近，甚至一致。这有助于促使物料在微观层面逐渐达到平衡，从而使最终制得的陶瓷刀具的内部结构中各组分的界面之间分布更均匀；另外，在热压的后半阶段，逐渐升温的过程更有利于物料内的气孔的收缩。该陶瓷刀具加工工艺采用中温盐浴炉中加热淬火再低温回火的方式制造陶瓷刀具，陶瓷刀具表面光洁，无麻点，无软点，硬度可达到14.8GPa。经多年的生产实践考验，在新配制的中温盐浴炉中加热淬火，陶瓷刀具质量稳定。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明提供一种陶瓷刀具的加工工艺，包括如下步骤：
(1)将粉体原料进行预压成型，粉体原料由按质量份数计的以下组分组成：氧化锆90份，氧化钇2份，稀土氧化物1份；
(2)将预压成型得到的产品进行低温热处理，低温热处理的温度为1000℃；
(3)将低温热处理得到的产品进行热压振动烧结，热压振动烧结的温度从1100℃上升至1700℃，升温速率为40℃/h，待温度升高至1700℃时，压力从80MPa上升至100MPa，且升压速率为2MPa/min，并且压力在100MPa时再持续烧结20min；
(4)对步骤(3)中热压烧结得到的初坯打磨成刀片，将初坯刀片放置盐浴炉中加热至860℃淬火，并采用50％NaCl+50％Na2CO3溶液作为盐浴介质，采用亚铁氰化钠[Na4Fe(CN)6]或硬木炭脱氧，保温3-6h之后油冷至室温；
(5)将淬火之后的刀片重新加热至220℃回火，保温2h之后空气中冷却至室温；
(6)用磨床对刀片雏形进行磨切削过程，精磨刀片的两个端面和轮廓，精磨主轴速度控制在0.249m/s，砂轮速度控制在38m/s，进给量控制在0.010mm/r；
(7)开刃，在开刃机上进行开刃得到初品；
(8)将步骤(7)中的初品放入温度800℃的热机油中进行沸煮三小时；沸煮三小时后立即拿出初品放入石英砂中冷却至常温；
(9)最后对刀片表面进行光波加热200℃，然后冷却以消除热应力。
实施例2：与实施例1的不同之处在于：粉体原料由按质量份数计的以下组分组成：氧化锆95份，氧化钇3份，稀土氧化物2份；步骤(4)中870℃的淬火，保温4h，并采用55％NaCl+45％Na2CO3溶液作为盐浴介质，采用亚铁氰化钠[Na4Fe(CN)6]脱氧；步骤(6)中精磨主轴速度控制在0.320m/s，砂轮速度控制在40m/s，步骤(9)中对刀片表面进行光波加热400℃。
实施例3：与实施例1的不同之处在于：粉体原料由按质量份数计的以下组分组成：氧化锆93份，氧化钇3份，稀土氧化物1份。步骤(4)中890℃的淬火，保温6h，并采用50％NaCl+45％Na2CO3溶液作为盐浴介质，采用硬木炭脱氧；步骤(6)中精磨主轴速度控制在0.320m/s，砂轮速度控制在40m/s，步骤(9)中对刀片表面进行光波加热300℃。
对比例1
本发明提供一种陶瓷刀具的加工工艺，包括如下步骤：
(1)选用Cr12冷轧钢材作为制备刀具的原料；
(2)利用冲压模具对Cr12冷轧钢材进行冲压,锻造出厚度为0.45mm的刀片本体，形成刀片雏形；
(3)对步骤(2)中得到的初坯进行温度为830℃～850℃的淬火，保温1-2h后油冷至常温；
(4)将淬火之后的刀片重新加热至220℃回火，保温2h之后空气中冷却至室温；
(5)用磨床对刀片雏形进行磨切削过程，精磨刀片的两个端面和轮廓，精磨主轴速度控制在0.249m/s，砂轮速度控制在38m/s，进给量控制在0.010mm/r；
(6)开刃，在开刃机上进行开刃得到初品；
(7)将步骤(6)中的初品放入温度800℃的热机油中进行沸煮三小时；沸煮三小时后立即拿出初品放入石英砂中冷却至常温；
(8)最后对刀片表面进行光波加热200℃，然后冷却以消除热应力。
对本发明实施例和对比例制备的陶瓷刀具进行试验测量，具体数值如下表1。
表1为实施例和对比例刀片参数分析检测结果：
Figure BDA0002862614070000051
Figure BDA0002862614070000061
通过在相同宽度和厚度的条件下，测试经过中温盐浴炉中加热淬火再低温回火的方式制造陶瓷刀具，其硬度可以达到14.8GPa，断裂韧性可以达到15以上，抗弯强度可以达到2094MPa。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种陶瓷刀具的加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将粉体原料进行预压成型，粉体原料由按质量份数计的以下组分组成：氧化锆90-95份，氧化钇2-3份，稀土氧化物1-2份；
(2)将预压成型得到的产品进行低温热处理，低温热处理的温度为1000℃；
(3)将低温热处理得到的产品进行热压振动烧结，热压振动烧结的温度从1100℃上升至1700℃，升温速率为40℃/h，待温度升高至1700℃时，压力从80MPa上升至100MPa，且升压速率为2MPa/min，并且压力在100MPa时再持续烧结20min；
(4)对步骤(3)中热压烧结得到的初坯打磨成刀片，将初坯刀片放置盐浴炉中加热至860-890℃淬火，并采用50-55％NaCl+50～45％Na2CO3溶液作为盐浴介质，采用亚铁氰化钠[Na4Fe(CN)6]或硬木炭脱氧，保温3-6h之后油冷至室温；
(5)将淬火之后的刀片重新加热至220-260℃回火，保温2～5h之后空气中冷却至室温；
(6)用磨床对刀片雏形进行磨切削过程，精磨刀片的两个端面和轮廓，精磨主轴速度控制在0.249～0.320m/s，砂轮速度控制在38～44m/s，进给量控制在0.010mm/r；
(7)开刃，在开刃机上进行开刃得到初品；
(8)将步骤(7)中的初品放入温度800℃的热机油中进行沸煮三小时；沸煮三小时后立即拿出初品放入石英砂中冷却至常温；
(9)最后对刀片表面进行光波加热200-400℃，然后冷却以消除热应力。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷刀具的加工工艺，其特征在于，步骤(6)中磨切削时使用乳液作为切削液，磨床为精密磨床。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷刀具的加工工艺，其特征在于，其中，刀片厚度为0.45mm，刀片的宽度为8-38mm。
4.根据权利要求1所述的一种陶瓷刀具的加工工艺，其特征在于，所述步骤(1)中，粉体原料由按质量份数计的以下组分组成：氧化锆95份，氧化钇2份，稀土氧化物1份。
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