高性价比刀具新材料在大足小五金行业的应用与推广

摘要

刀剪产品是日用五金行业中的重点产品，是人们生活中不可缺少的工具。目前，我国刀剪生产企业绝大多数是民营企业，主要集中在广东、浙江两省。从整体上看，我国刀剪产品与国外发达国家相比，还停留在低档次低价位水平，面临众多国外优质品牌的竞争，只能以低价格争取市场。
　　分析我国刀剪产品现状，主要存在以下几方面问题：
　　（1）新材料的应用和高新材料生产技术还不成熟，缺乏相应的技术人材。
　　（2）热处理设备及工艺落后，缺乏相关的研究工作。
　　（3）磨削、抛光以及表面处理技术等生产工艺落后。
　　本文立足国内外刀剪现状和重庆大足小五金刀剪企业实际，以开发新型刀剪材料和制定其热处理工艺技术两个方向为出发点。结合国外刀剪产品用材及发展趋势，根据金属学理论基础和不锈钢相关研究经验，设计了刀剪材料用CD-1钢，并结合实际进行了热处理工艺试验和关键性能的研究工作。
　　CD-1钢突破了传统的不锈钢概念并将铬含量降低到10％左右，通过添加较高含量的Si和严格控制钢中C、P以及S含量，使钢在各方面性能上都较优良，这一设计理念为刀剪新材料的开发提供了新的思路。
　　经三次热轧退火后得到h=3mm厚的热轧退火板，研究表明，板材组织晶粒细小均匀，在各方向上力学性能较均匀一致，强度和塑性较好。通过热处理工艺试验得出CD-1钢作为切片刀制造材料的淬火温度范围为1045~1060℃为宜，在此温度范围淬火组织为淬火马氏体+少量残余奥氏体；硬度为HRC60以上。淬火温度高于1060℃之后，组织粗化。为保持高硬度，回火温度不高于200℃，回火时间1.5h。经1060℃淬火+190℃低温回火后弯曲力学性能实验表明，CD-1钢ζb达3600MPa以上，断裂挠度f bb大于11mm。弯曲断口的SEM形貌为混合型断口，同时具有塑性断裂和解理断裂特征。
　　电化学腐蚀试验表明，在1060℃淬火＋190℃回火1.5h和表面粗糙度相同条件下，4Cr13、CD-1钢以及5Cr15MoV三种钢的电化学腐蚀性能相比5Cr15MoV>4Cr13>CD-1，在对0Cr13、5Cr15MoV和CD-1钢在900~1150℃范围加热15min的抗高温氧化实验表明，CD-1钢抗高温氧化能力明显优于0Cr13钢和5Cr15MoV钢，其单位面积失重速率远较另外两种钢小。
　　用CD-1钢制作的厨用切片刀性能优良，用户好评如潮，表明其适合制作切片刀。

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1 前 言

1.1 背景

1.2 不锈钢

1.3 马氏体不锈钢及其合金化原理

1.4 马氏体不锈钢的耐蚀性能

1.5 本课题的目的及主要研究内容

2 CD-1钢成分设计及冶炼

2.1 国内外不锈钢刀剪用材概况

2.2 国内外几种典型切片刀分析

2.3 新材料设计思路

2.4 新材料设计原理

2.5 新材料的成分设计

2.6 CD-1 钢的冶炼及轧制

2.7 CD-1钢初步分析

2.8 本章小结

3 CD-1钢热轧退火板组织和性能分析

3.1 引言

3.2 板材金相组织观察

3.3 EBSD概述

3.4 室温静拉伸试验

3.5 拉伸断口SEM和EDS分析

3.6 本章小结

4 CD-1钢热处理工艺试验

4.1 引言

4.2 淬火试验相关参数

4.3 淬火工艺试验仪器及加热时间的确定

4.4 淬火试验

4.5 回火试验

4.6 本章小结

5 CD-1钢弯曲力学性能

5.1 前言

5.2 弯曲试验装置及方法

5.3 实验结果

5.4 弯曲断口分析

5.5 钢中夹杂物的来源

5.6 本章小结

6 高温氧化和电化学腐蚀性能试验

6.1 研究金属高温氧化的意义

6.2 高温氧化试验

6.3 CD-1钢电化学性能测试

6.4 本章小结

7 刀具制作工艺流程

7.1 工艺流程

7.2 刀具性能及用户意见

7.3 展望及前景

7.4 本章小结

8 结论及展望

8.1 主要结论

8.2 后续研究展望

致谢

参考文献

附录