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热处理新技术在机械刀片生产中的应用
作者:安徽嘉龙锋钢刀具有限公司 赵步青
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刀柄, 刀具管理系统, 成型刀具, 复合刀具, 非标刀具, ...
机械刀片是木材、造纸、印刷、皮革、胶合板等行业的原材料及产品加工必备的切削刀具,刀片规格品种多,热处理难度大。随着上述行业的高速发展,刀片的用量逐年递增。机械刀片加工对象主要是非金属材料,薄刃细长。由于加工的特殊性,要求刀片既要有高的硬度、强韧性、耐磨性和一定的热硬性,又要有高的抗疲劳断裂和碳化物抗剥落能力,尤其是木材加工用的刨切刀和旋切刀,使用性能要求更高。

机械刀片生产流程

目前机械刀片用材有两种情况:即整体为合金钢或高速钢、刃部为合金钢或高速钢刃背(亦称刀体)为碳钢。后者成型方式有釺钎和高温压轧镶接两类。釺焊亦称釺焊,连接金属的一种方法。利用熔点比焊件低的焊料(填充金属)和焊件连接处一同加热(用加热炉),焊料熔化后,渗入并填满连接处间隙而达到连接的目的。高温压轧镶接即把刃钢和碳钢刀体加热到高温,以轧机把刃钢的刀体焊接在一起,属于一种固相焊接方法。镶钢工艺分为热轧焊药镶接、无氧化热轧镶接、无氧化加焊药热轧接三种。两种成形工艺各有千秋,但釺焊比镶接更为先进些。以釺焊工艺为例,生产流程如下:

(1) 刀体碳钢钢板、刀刃合金钢或高速钢钢板下料,并校平校直。
(2) 磨去钢板表面氧化皮,刃钢需4面磨光。
(3) 刀体钢板焊接部位开槽,刃钢再次校平。
(4) 去除刀槽毛刺,清除刃钢4周毛刺。
(5) 洗刀槽及刃钢表面。
(6) 在刀槽上铺上铜片及刃钢板条并固定,作好焊前准备。
(7) 装炉加热,在保护气氛炉中完成钎焊、加热、冷却工步。
(8) 检查淬火金相并打硬度。
(9) 出炉后快速打磨去掉铜渣,趁热校平。
(10) 回火。
(11) 第一次回火出炉后立即校平校直。
(12) 检查硬度、回火金相。
(13) 转机械加工。
(14) 根据客户要求决定是否要深冷处理。
(15) 包装出厂。

无氧化保护气氛加热技术

钢铁件在空气中加热将产生氧化脱碳等缺陷,为了防止此弊端,人们将加热炉中充入中性气氛如氮气,对工件进行保护加热,这种技术称为保护气氛热处理。氮气大量存在于空气中,约占空气的79%。在工业上获取氮气可以用化学或物理的方法分离空气中的氧化和氮气。分子状态的氮气在通常的加热过程中对一般金属和钢铁显示中性,既不氧化、脱碳、也不使氧化物还原。利用氮基保护气氛节能环保,是今后热处理发展的方向。

焊 - 淬火复合热处理技术

复合热处理是将两种或更多的热处理工艺复合,或是将热处理工艺和其他工艺复合,以更大程度挖掘材料的潜力,使工件获得单一的工艺方法无法达到的优良性能。随着国民经济和科学技术的发展,单一的热处理技术往往不能满足人们对材料使用的高要求,引发复合热处理技术的开发应用。釺焊—淬火复合热处理技术可使焊接强度和热处理淬火质量大幅度提升。以嘉龙锋钢刀具公司为例,公司所选用釺焊刀刃材料淬火加热温度都超过1,100℃,远高于铜的熔点(1,083℃),在加热过程中,焊剂铜熔化,将刃钢和基体牢牢焊固,既完成焊接又发生奥氏体相变,一举两得,节能节时。

奥氏体化后转冷却室充高纯氮,完成淬火冷却工序。当工件冷至550℃左右,开箱出炉。

快速加热技术

在刀具热处理工艺中,有两个最重要的工艺参数,即加热温度和加热时间。根据公式P=T(37 tgts)

式中 P -淬火加热参量;
T -淬火加热温度,K;
Ts -淬火加热时间,S。

从增加碳化物溶解量、提高奥氏体合金度出发,奥氏体化温度越高越好,以增加刀具的耐磨和热硬性,但从细化晶粒、提高韧性考虑,淬火温度不宜过高。根据机械刀片使用特点,应该采取较低的淬火加热温度,较长的保温时间,但此举会浪费大量的能源,通过反复实践,笔者摸索出快速加热工艺,即采用较高的温度、较短的时间,使刀刃达到又硬又韧的效果,从公式可以看出,提高温度比延长时间效果明显,只要两者作用的参量相同,热处理的效果应该一致。在生产中笔者体会到快速加热一定要掌握好“度”的概念,否则弄巧成拙。

形变热处理技术

将压力加工与热处理有效地结合起来,则可同时发挥形变强化与热处理强化的双重作用,获得由单一的强化方法所不能达到的综合力学性能,这种综合强化的工艺称为形变热处理。

形变热处理除了能获得优异的力学性能外,由于将压力加工和热处理密切结合起来,可以省去热处理的重新加热工序,从而省去了大量的能源消耗、加热设备和车间占地面积,同时还可以减少材料的氧化烧损及脱碳、变形等热处理缺陷。因此,形变热处理工艺兼有优异的强韧化效果与巨大的经济效益双重效应。

形变热处理的深入研究与应用,能使压力加工与热处理更紧密地结合起来,将会引起机械制造业工艺流程、工序划分设备布置等发生一系列的重大变革,同时也将推动压力加工及热处理工艺的科学发展,是很有应用前景的热加工工艺。

相变超塑性校直技术

高速钢等高合金工具钢经正常的淬火后,组织中含有25%~30%的残留奥氏体(rR),rR不稳定还会进一步转变成马氏体(M)。马氏体相变过程中,当应力低于软相(奥氏体)的屈服强度时,即可发生塑性变形,这种现象称为马氏体相变塑性。

根据笔者多年的试验研究,证明钢在热处理相变过程中具有显著的相变超塑性效应,即在相变过程中塑性要比相变前后新旧组织的塑性提高几倍乃至几十倍。

多年来一直认为,淬火件趁热校正能取得显著的效果,虽然包含有热塑性的因素,rR塑性好的贡献,但最主要的是相变超塑性的作用。相变超塑性效应发生于rR→M相变的全过程,但这种效应是瞬变的,当相变进行最剧烈时,相变超塑性效应最显著,因而塑变量频率曲线应呈现出峰值。显然,该峰值对应的条件应该是校正的最佳时机,正确掌握和运用这个最佳时机,对于指导淬火趁热校正工艺和操作,将具有现实意义。

机械刀片由于细薄长,正常淬火后弯曲10~30mm,运用相变超塑性原理,很容易校正过来。钢在淬火冷却过程中的相变超塑性比在Ms点温度稍上状态的奥氏体塑性高好几倍,因此,在淬火趁热校正时,正确了解和充分利用相变超塑性原理,对热处理现实生产有指导作用。

应用在Ms点以下温度进行校直,不但是可行的,而且是非常适用的,可以同时校正热应力和组织应力造成的变形、有利于保证工件高硬度的要求、有利于改善劳动条件、降低对校正设备的吨位和工作条件要求及校正的质量好、生产效率高等优点,应大力推广应用。

感应加热刃钢技术

机械刀片刃部只占刀体总质量的1/5~1/10,只要对刃钢进行淬火同样起到整体加热的效果。应用先进的高频感应加热技术,设计专用淬火机牀,针对不同规格的刀片设计个性化的感应圈,配制光电高温测温计,可顺利地进行高频淬火。由于高速钢及基体钢属自硬型钢,高温加热后,在空气中冷却就能获得很高的硬度,且由于高频淬火只是局部硬化,而且速度快,所以可以大大节能。

计算机控温技术

计算机技术应用于热处理领域是计算机技术进步和工业发展需求的产物。温度是热处理的灵魂,在某种程度上讲,温度决定一切,相变是由温度变化而生,变形由温度而引起。嘉龙在机械刀片热处理中成功而稳定地运用计算机控温技术,向智能热处理迈进了一大步。微机运用它是使传统经验型技艺跨越为科学发展型。智能热处理的深入研究,将使热处理摆脱依赖于经验和技能的落后状态,向精确预测生产结果和实现可靠质量控制的方向发展。

深冷处理技术

应客户要求,有些基体钢、高合金钢刃钢刀片,为了提高其尺寸稳定性,往往在成品刀片出厂前增加深冷处理。而高速钢刀片三次回火已达极致,没有必要再进行深冷处理,如果淬火温度相对比较低、晶粒度比较细小,韧性本来就比较高,如果客户有要求,也可以进行深冷处理。回火充分的刀片经深冷处理后,硬度不会增加,反而对韧性有损害,所以,不管什么新技术应用一定要有针对性,不能盲从。

科学技术发展永无止境,机械刀片的热处理工艺也在不断更新换代。目前中国渗氮离子镀复合涂层技术在65Mn钢切纸刀片已成功应用、激光淬火、气相沉积等热处理新技术正在开发中。什么是核心竞争力?热处理技术就是机械产品的核心竞争力。热处理不出废品没有返工品就是最大的节能,制造出具有世界先进水平的产品,同时更是节能中的精品。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (5/27/2013)
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