機(jī)械刀片是切削木材、造紙、印刷、皮革、膠木板等材料的刀具，其規(guī)格品種繁多。由于切削加工的特殊性，要求刀片既要有高的硬度、強(qiáng)韌性、耐磨性和一定的熱硬性，又要有高的抗疲勞斷裂和抗碳化物剝落的性能，尤其是木材加工用的刨切刀和旋切刀，使用性能要求更高。1、機(jī)械刀片生產(chǎn)流程目前機(jī)械刀片用材有兩種：一是整體為合金鋼或高速鋼(少數(shù)為硬質(zhì)合金) ； 二是刃部為合金鋼或高速鋼，刃背(也稱刀體) 為碳鋼。后者的成形方法有釬焊和高溫壓軋鑲接兩種。釬焊也稱釬接，是采用熔點(diǎn)比焊件低的焊料(填充金屬) 和焊件連接處一同加熱，焊料熔化后滲入并填滿連接處間隙而達(dá)到焊接的目的。高溫壓軋鑲接是將刃鋼和碳鋼刀體加熱到高溫，用軋機(jī)將刃鋼與刀體焊接在一起，屬于一種固體焊接方法，其工藝分為熱軋焊藥鑲接、無(wú)氧化熱軋鑲接、無(wú)氧化加焊藥熱軋接三種。兩種成形工藝各有特點(diǎn)，但釬焊比鑲軋更為先進(jìn)。釬焊制刀的工藝流程如下：(1) 刀體碳鋼鋼板、刀刃鋼板下料，并校平校直；(2) 磨去鋼板表面氧化皮，刃鋼需4 面磨光；(3) 刀全鋼板焊接部位開(kāi)槽，刃鋼再次校平；(4) 去除刀槽及刃鋼4 周的毛刺；(5) 清洗刀槽及刃鋼表面；(6) 在刀槽上鋪上銅片和刃鋼板條并固定；(7) 裝爐，在保護(hù)氣氛爐中完成焊接、加熱、淬火工序；(8) 檢查淬火組織并測(cè)硬度；(9) 出爐后迅速磨去銅渣，趁熱校平校直；(10) 回火；(11) 第一次回火出爐后立即校平校直；(12) 檢查回火后顯微組織、硬度，并作出是否繼續(xù)回火的決定；(13) 將合格的刀片轉(zhuǎn)入機(jī)械加工工序；(14) 根據(jù)客戶要求決定是否深冷處理；(15) 包裝。2、刃鋼材料20 世紀(jì)60 年代，從國(guó)外引進(jìn)的刀片刃鋼材料主要為7CrWMoVSi 鋼和5Cr8WMo2VSi 鋼，上世紀(jì)90 年代國(guó)外刀片材料不再保密，國(guó)內(nèi)也采用上述兩種材料制刀。20 世紀(jì)末和21 世紀(jì)初，國(guó)內(nèi)外相繼開(kāi)發(fā)了不少新的刀片材料，如8Cr2W2MoVSi 鋼、6Cr6W3MoV2Si 鋼、6Cr8WMo2VSi 鋼、5Cr5WMoSiV鋼、6Cr8W2Mo4V 鋼、Cr8Mo2VSi 鋼、MLS 鋼、YCK2鋼、A8B 鋼、HYC3 鋼等。新開(kāi)發(fā)和正在應(yīng)用的刃鋼材料均采用含W、Mo、Cr、V 等碳化物形成元素的高碳合金工具鋼，也采用高速鋼甚至粉末高速鋼。近年來(lái)，刃鋼材料個(gè)性化是制造業(yè)的一大進(jìn)步，有些企業(yè)根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)，自行設(shè)計(jì)鋼的成分，與鋼廠簽訂供需協(xié)議，其中Cr8 系列最有競(jìng)爭(zhēng)力，已產(chǎn)生較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，是值得關(guān)注和推廣的刀片新材料。3、機(jī)械刀片的熱處理工藝可以毫不夸張地說(shuō)，當(dāng)今熱處理新工藝在機(jī)械刀片上都得到了成功應(yīng)用，本文作簡(jiǎn)單介紹。3.1、退火鋼廠供給工具廠的鋼板均以退火態(tài)供貨，以便用材單位直接下料和后續(xù)淬火處理。如鋼板進(jìn)廠后要經(jīng)過(guò)鍛軋加工，就必須進(jìn)行退火，得到理想的球化組織，以便淬火回火后獲得較佳的綜合力學(xué)性能。球化退火工藝有多種，一般采用等溫球化退火。等溫球化退火是將鋼加熱到Ac1以上40 ～60 ℃，保溫3 ～ 4 h，然后冷卻到720 ～ 740 ℃，再保溫3 ～ 4 h，爐冷至550 ～ 600 ℃，打開(kāi)保溫箱蓋空冷。退火加熱爐為專用的較大型密封箱式電阻爐，裝箱保護(hù)，保證刃鋼不脫碳或微增碳。退火后應(yīng)檢查硬度和顯微組織，但實(shí)際上很多廠不作此項(xiàng)檢查，出了質(zhì)量問(wèn)題才從頭找原因。刃鋼退火后的硬度應(yīng)符合工藝技術(shù)要求，以利于切削加工。經(jīng)驗(yàn)豐富的檢驗(yàn)人員可根據(jù)所測(cè)硬度判斷球化效果，例如HSS 鋼退火后硬度為207 ～241 HBW、CrWMn 鋼為207 ～ 227 HBW。高速鋼等高合金鋼中的原始帶狀或網(wǎng)狀組織的改善程度取于鍛軋工藝，熱處理改善的效果甚微，退火溫度較高時(shí)，稍有減輕。但退火卻能改變二次碳化物的分布狀態(tài)，中、低合金鋼中除極少量大顆粒碳化物外，均可由退火工藝掌控。退火溫度過(guò)高，不但會(huì)增大工件的氧化脫碳傾向，而且還會(huì)使奧氏體合金度增高，從而導(dǎo)致奧氏體在珠光體區(qū)域冷卻時(shí)穩(wěn)定性增大，不能充分進(jìn)行珠光體轉(zhuǎn)變，使退火后的硬度偏高，同時(shí)還會(huì)使碳化物穩(wěn)定化，使鋼的紅硬性下降。退火保溫時(shí)間應(yīng)適當(dāng)，不能隨意延長(zhǎng)，過(guò)長(zhǎng)的保溫會(huì)使碳化物偏聚，造成淬火回火后硬度下降，影響耐磨性。綜上所述，退火工藝也應(yīng)該重視，忽視退火組織和工藝控制會(huì)釀成大禍。3.2、淬火機(jī)械刀片的淬火方法，根據(jù)加熱爐型、加熱溫度、加熱方式、加熱介質(zhì)、冷卻介質(zhì)及冷卻方法，可細(xì)化到幾十種。目前行業(yè)中采用的設(shè)備有密封箱式爐、真空爐、鹽浴爐、網(wǎng)帶爐等。以下按工序先后介紹。(1) 預(yù)熱不論采用何種爐子加熱均需預(yù)熱。工具廠根據(jù)實(shí)際情況制作必備的工裝夾具，制訂預(yù)熱工藝。預(yù)熱分一段預(yù)熱、二段預(yù)熱甚至三段預(yù)熱。預(yù)熱溫度和時(shí)間根據(jù)鋼種和工件尺寸確定。預(yù)熱對(duì)減少畸變、縮短高溫加熱時(shí)間有益。(2) 加熱溫度根據(jù)實(shí)際效果，筆者主張采用半快速加熱，即采用較高的加熱溫度，這比延長(zhǎng)1 倍加熱時(shí)間有效，其優(yōu)點(diǎn)：一可以獲得高硬度和高強(qiáng)度；二可以減輕碳化物的不均勻度； 三是節(jié)能、提高單位生產(chǎn)率。以前，不少企業(yè)常采用較低的加熱溫度以提高刀片韌性，幾經(jīng)挫折，認(rèn)為還是采用高溫加熱有益，因?yàn)榈度幸蟾哂捕雀邚?qiáng)度，應(yīng)在用足韌性的前提下盡量提高硬度。最終通過(guò)提高回火溫度來(lái)達(dá)到硬度要求，而不是通過(guò)有意識(shí)地降低加熱溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。(3) 加熱時(shí)間高速鋼及高合金鋼工具的淬火加熱時(shí)間以工件的有效厚度乘以加熱系數(shù)來(lái)計(jì)算，也有根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定的(不可取) 。用不同爐子加熱時(shí)，加熱時(shí)間的計(jì)算方法也不同，以高速鋼鹽浴爐加熱為例，在1160 ～ 1230 ℃、1230 ～ 1285 ℃加熱的系數(shù)分別為10 ～ 12 s /mm、7 ～ 10 s /mm。加熱系數(shù)只是以單件核算，在大量裝爐的情況下，必須根據(jù)加熱爐的類型、結(jié)構(gòu)、功率、升溫速度以及工件的裝夾方式、裝爐量及預(yù)熱情況等諸因素確定最終的加熱時(shí)間。高速鋼淬火加熱時(shí)，要使合金碳化物較充分地溶解，得到較高的奧氏體化程度，加熱的溫度和時(shí)間都很重要，兩者相比，溫度是第一位的。兩者的綜合作用習(xí)慣用淬火參量公式來(lái)表達(dá)：P = t(37 + Iogτ)式中：P 為淬火參量； t 為淬火加熱溫度，K； τ 為淬火加熱時(shí)間，s。從該公式可以看出，提高加熱溫度比延長(zhǎng)加熱時(shí)間有效，在保護(hù)氣氛密封箱式爐中加熱的高速鋼刀片，裝爐量近2 t，保溫時(shí)間不足40 min，淬火質(zhì)量一直較穩(wěn)定，足以證明上述公式的真實(shí)性和實(shí)用性。(4) 淬火介質(zhì)淬火冷卻方式多種多樣，高速鋼刀片高頻加熱后空冷。筆者在日本看到：鑲鋼刀片都采用水冷淬火，由于低碳鋼刀體的塑性變形可以減小刃鋼馬氏體相變的應(yīng)力，水淬也不會(huì)開(kāi)裂，但要掌握好水冷時(shí)間及出水溫度； 釬焊刀片在密封箱式爐中加熱多采用充液氮冷卻； 鹽浴爐加熱冷卻仍采用分級(jí)鹽浴，但鹽浴溫度不是我國(guó)的580 ～ 620 ℃，而是450 ～ 550 ℃； Cr12MoV 鋼及基體鋼制刀片淬火冷卻常用硝鹽浴，浴溫200 ℃左右； 真空淬火的機(jī)械刀片多采用高壓氣淬，很少油冷?？v觀機(jī)械刀片的熱處理質(zhì)量，淬火出的問(wèn)題最多，諸如在真空爐、密封箱式爐中加熱的高速鋼刀片，如冷卻速度達(dá)不到一定值，將有碳化物析出，致使淬火后硬度低而影響耐磨性等。(5) 校直刀片淬火發(fā)生畸變實(shí)屬難免，關(guān)鍵是如何采用行之有效的手段將之校直。嘉龍公司釬焊刀片淬火后利用相變超塑性原理校直的效果良好。歐美、日本等國(guó)圓刀片等溫淬火適時(shí)校直也收到很好的效果。3.3、回火按刀片刃鋼材質(zhì)施以不同的回火工藝。低、中合金鋼淬火后一般為180 ～ 220 ℃回火2 次，每次2 ～ 3 h； Cr12MoV 鋼常于220 ～ 240 ℃回火； 高速鋼和基體鋼為500 ～ 580 ℃回火3 次，每次2 ～ 3 h。3.4、冷處理或深冷處理在刀片制造業(yè)，刀片要不要進(jìn)行冷處理或深冷處理是個(gè)有爭(zhēng)議的問(wèn)題，不少企業(yè)都做過(guò)試驗(yàn)，覺(jué)得收效甚微，特別是回火已很充分的高速鋼刀片，經(jīng)深冷處理后硬度不會(huì)增加，反而有損韌性，浪費(fèi)能源，增加刀片制造成本。對(duì)用戶有要求的基體鋼及中合金鋼刀片，可以進(jìn)行深冷處理，但要掌握好深冷處理的時(shí)機(jī)及工藝參數(shù)。4、熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)質(zhì)量檢驗(yàn)是機(jī)械刀片生產(chǎn)制造過(guò)程中非常重要的環(huán)節(jié)，必須嚴(yán)格控制，認(rèn)真把關(guān)。(1) 原材料鋼板進(jìn)廠檢驗(yàn)原材料進(jìn)廠必須檢驗(yàn)合格方可入庫(kù)。檢驗(yàn)項(xiàng)目包括化學(xué)成分、脫碳層深度、碳化物均勻度、碳化物顆粒度、試淬硬度、表面質(zhì)量等。(2) 淬火奧氏體晶粒度筆者參觀日本刀片生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)爐前不檢查此項(xiàng)目，歐美一些國(guó)家也不檢驗(yàn)。但在我國(guó)就行不通，如果哪家工具廠不進(jìn)行爐前金相檢驗(yàn)，肯定要出質(zhì)量問(wèn)題。因?yàn)槲覀兊墓芾砣狈茖W(xué)性，沒(méi)有分爐號(hào)淬火，更談不上按刀片使用狀況與鋼廠簽訂合同，所以爐前淬火很盲目。我們一定要視具體產(chǎn)品，將晶粒度控制在理想范圍內(nèi)。(3) 碳化物碳化物對(duì)于刀具行業(yè)來(lái)說(shuō)是一把雙刃箭，一方面它是高硬度高耐磨性高紅硬性的基礎(chǔ)，另一方面又易引發(fā)熱處理質(zhì)量事故。熱處理無(wú)非是使碳化物轉(zhuǎn)變或轉(zhuǎn)換。高速鋼爐前淬火檢驗(yàn)一定注重碳化物的溶解情況，晶粒度只能反映加熱溫度的高低，碳化物溶解程度才具有本質(zhì)上的意義。(4) 硬度淬火后、回火后都要檢測(cè)硬度。高速鋼刀片淬火后硬度必須在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，硬度高說(shuō)明淬火溫度低，硬度低說(shuō)明淬火溫度高。筆者在多篇論文中反復(fù)強(qiáng)調(diào)“硬度是表面現(xiàn)象，顯微組織才是本質(zhì)”的基本道理，要達(dá)到工藝要求的硬度很容易，但要達(dá)到理想的顯微組織可不是一件易事，我國(guó)與國(guó)外刀片的差距不是硬度而在于顯微組織。機(jī)械刀片硬度檢測(cè)，我國(guó)用洛氏硬度，日本用肖氏硬度，歐美各國(guó)則普遍采用維氏硬度。隨著木材、印刷等行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，對(duì)刀片的使用性能會(huì)提出更高的要求?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展永無(wú)止境，機(jī)械刀片的材料和熱處理工藝也將不斷更新?lián)Q代。目前，我國(guó)滲氮離子鍍復(fù)合涂層技術(shù)已成功應(yīng)用于65Mn 鋼切紙刀片，激光淬火、氣相沉積等熱處理新技術(shù)正在開(kāi)發(fā)中。什么是核心競(jìng)爭(zhēng)力? 熱處理技術(shù)就是機(jī)械產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力。搞好熱處理，就能一頂幾。
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