一种刀具用钢材的最终热处理方法

摘要

本发明涉及一种刀具用钢材的最终热处理方法，采用二次加热再水淬，之后回火的最终热处理方式，在初次加热时特别设置了分段式升温，使刀具用钢材既可以达到较高的强硬度，又可避免由于后续水淬的冷却速度过高，造成刀具变形或开裂。水淬后的回火冷却阶段，也是采用了分段式冷却，对提高成品的耐磨损性能有一定帮助。并且，本发明的刀具用钢材采用了特定的原料元素组成和配比，对Si、Mn、Cr、Mo、Co的含量和比例关系做了针对性调整，从而保证了最终热处理后的产品获得了良好的耐磨性能和使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及刀具钢材领域，具体的说，是涉及一种刀具用钢材的最终热处理方法。

背景技术

刀具用钢材的好坏并不能仅仅从刀具的锋利程度或硬度来看，而主要应当从它使用钢材的：强硬度、抗腐蚀性、韧性、可加工性这四个方面综合来评价。对于刀具的性能而言，最重要的制造步骤是热处理，较差的钢材经过良好的热处理也可能生产出更好的刀刃来，比较差或者很差的热处理可能会使良好的刀具用钢材失去它的一些固有特性，或者导致坚硬的钢变脆。

热处理能改善钢的显微结构，使达到所需的物理要求。韧性、硬度和耐磨性均是可以通过热处理而获得的特性。要获得这些特性，需使用热处理中的淬火、回火、退火等操作。锻造后的刀具工件在一系列的加工后，通过最终热处理可以使其的硬度、强度等指标符合要求。特别是对于废料破碎机用刀具所需要的使用环境，由于固体废料中通常含有砂石等物，导致刀具磨损较快，往往2、3 个月就要换一次刀，且刀具费用昂贵，同时磨损又带来功耗增大。因此，如何通过改进最终热处理工艺，使刀具产品具有优异的耐磨损性能和使用寿命，是目前有待解决的技术问题。

发明内容

为了解决废料破碎机刀具用钢材的上述使用性能问题，本发明提供了一种刀具用钢材的最终热处理方法，该方法使刀具用钢材能够具有优异的耐磨损性能和使用寿命。

一种刀具用钢材的最终热处理方法，其特征在于：所述最终热处理为采用感应加热的方式，对粗加工后的刀具用钢材进行初次加热至950～1050℃，保温时间为2.5～3h，空冷至室温，然后二次加热至800～850℃，保温1～2h后水淬，淬火时对水进行搅动，水淬后再次装入加热炉中，在500～600℃回火保温1～2h，然后空冷至室温。

所述刀具用钢材成品的抗弯强度达到2000～2500MPa，硬度达60～65HRC。

所述刀具用钢材原料包含以下元素组成：C:0.60-0.70%，Si:0.50-0.80%，Mn:0.30-0.50%，Cr:4.50-5.50%，Mo:0.80-1.20%，Co:1.20-1.50%，Al:0.05-0.10%，P＜0.01%，S＜0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述最终热处理的初次加热具体为，将粗加工后的刀具用钢材装入感应加热炉中，在3～5h内匀速升温至400～450℃，保温时间为0.5～1h，然后以50～80℃/h继续升温至950～1050℃，保温时间为2.5～3h，空冷至室温。

所述最终热处理步骤之前，还包括按照化学成分及重量百分比冶炼和锻造坯料、初次热处理、粗加工，所述最终热处理步骤之后还包括精加工步骤。

所述初次热处理为将坯料装入热处理炉中，在800～850℃保温时间为2.5～3h，之后随炉冷却至室温。

所述最终热处理步骤中，水淬后再次装入加热炉中，以30～50℃/h升温至500～600℃回火，保温1～2h，随炉冷却至200～250℃，然后出炉空冷至室温。

在机床上对本发明的刀具用钢材进行切削试验，被切削材料为45钢, 硬度HB160～200，切削速度为20m/min，转数为1.9r/min，圆周进给量0.3mm，径向进给量0.024mm，总切削深度为一次5.625mm，总切削长1.5m，切削后测量磨损量为0.05～0.08mm，仅是现有技术中所使用的废料破碎机刀具的磨损量的一半。

本发明采用二次加热再水淬，之后回火的最终热处理方式，在初次加热时特别设置了分段式升温，使刀具用钢材既可以达到较高的强硬度，又可避免由于后续水淬的冷却速度过高，造成刀具变形或开裂。水淬后的回火冷却阶段，也是采用了分段式冷却，对提高成品的耐磨损性能有一定帮助。并且，本发明的刀具用钢材采用了特定的原料元素组成和配比，对Si、Mn、Cr、Mo、Co的含量和比例关系做了针对性调整，从而保证了最终热处理后的产品获得了良好的耐磨性能和使用寿命。

具体实施方式

下面结合实施例和对比例对本发明进一步详细说明。

实施例1：

一种刀具用钢材的最终热处理方法，所述刀具用钢材原料包含以下元素组成：C:0.60%，Si:0.50%，Mn:0.50%，Cr:5.50%，Mo:0.80%，Co:1.20%，Al:0.10%，P＜0.01%，S＜0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质。所述最终热处理为采用感应加热的方式，将粗加工后的刀具用钢材装入感应加热炉中，在3h内匀速升温至450℃，保温时间为1h，然后以50℃/h继续升温至950℃，保温时间为3h，空冷至室温，然后二次加热至850℃，保温1h后水淬，淬火时对水进行搅动，水淬后再次装入加热炉中，以50℃/h升温至600℃回火，保温1h，随炉冷却至250℃，然后出炉空冷至室温。所述最终热处理步骤之前，还包括按照化学成分及重量百分比冶炼和锻造坯料、初次热处理、粗加工，所述最终热处理步骤之后还包括精加工步骤。所述初次热处理为将坯料装入热处理炉中，在850℃保温时间为2.5h，之后随炉冷却至室温。所述刀具用钢材成品的抗弯强度达到2500MPa，硬度达60HRC。

实施例2：

一种刀具用钢材的最终热处理方法，所述刀具用钢材原料包含以下元素组成：C:0.65%，Si:0.60%，Mn:0.40%，Cr:4.50%，Mo:0.90%，Co:1.30%，Al:0.08%，P＜0.01%，S＜0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质。所述最终热处理为采用感应加热的方式，将粗加工后的刀具用钢材装入感应加热炉中，在35h内匀速升温至420℃，保温时间为0.5h，然后以60℃/h继续升温至1000℃，保温时间为2.5h，空冷至室温，然后二次加热至820℃，保温1h后水淬，淬火时对水进行搅动，水淬后再次装入加热炉中，以40℃/h升温至550℃回火，保温2h，随炉冷却至220℃，然后出炉空冷至室温。所述最终热处理步骤之前，还包括按照化学成分及重量百分比冶炼和锻造坯料、初次热处理、粗加工，所述最终热处理步骤之后还包括精加工步骤。所述初次热处理为将坯料装入热处理炉中，在830℃保温时间为2.5h，之后随炉冷却至室温。所述刀具用钢材成品的抗弯强度达到2200MPa，硬度达65HRC。

实施例3：

一种刀具用钢材的最终热处理方法，所述刀具用钢材原料包含以下元素组成：C:0.70%，Si:0.80%，Mn:0.30%，Cr:4.50%，Mo:1.20%，Co:1.50%，Al:0.10%，P＜0.01%，S＜0.02%，余量为Fe和不可避免的杂质。所述最终热处理为采用感应加热的方式，将粗加工后的刀具用钢材装入感应加热炉中，在4h内匀速升温至450℃，保温时间为1h，然后以80℃/h继续升温至1050℃，保温时间为3h，空冷至室温，然后二次加热至850℃，保温2h后水淬，淬火时对水进行搅动，水淬后再次装入加热炉中，以50℃/h升温至600℃回火，保温2h，随炉冷却至250℃，然后出炉空冷至室温。所述最终热处理步骤之前，还包括按照化学成分及重量百分比冶炼和锻造坯料、初次热处理、粗加工，所述最终热处理步骤之后还包括精加工步骤。所述初次热处理为将坯料装入热处理炉中，在850℃保温时间为3h，之后随炉冷却至室温。所述刀具用钢材成品的抗弯强度达到2500MPa，硬度达65HRC。

对比例1：

将与本发明同样元素成分及含量的刀具用钢材，不经过最终热处理，或最终热处理的加热方式和步骤发生改变，则所得到的废料破碎机刀具的抗弯强度明显低于1800MPa，并且经与本申请相同的切削测试后，其耐磨性能与现有技术产品相当。

对比例2：

将不同于本发明元素成分及含量的刀具用钢材原料，采用与本申请相同的最终热处理工艺制备后，所得到的废料破碎机刀具的强硬度难以符合要求，并且，即使硬度也可以达到58HRC，并且经与本申请相同的切削测试后，其耐磨性能与现有技术产品相当。

由实施例1-3和对比例1-2可以看出，本发明废料破碎机刀具用钢材的元素成分选择和最终热处理步骤工序，均是申请人经过反复多次试验验证的。通过二次加热再水淬，之后回火的最终热处理方式，特别是，在初次加热分段式升温，使刀具用钢材达到了理想的强硬度。水淬后回火采用了分段式冷却，使刀具成品的耐磨性能也达到了理想水平。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。