有机物切削刀具

1、有机物切削刀具的发展中国钢研科技集团公司钢铁研究总院先进钢铁材料技术国家工程中心中国金属学会特殊钢分会 刀具人与猿的最大区别是人能够制造和使用工具o 刀具是最重要的工具 o 畜牧、农耕及军事用途o 与材料发展密切相关 最早使用石刀、石斧 然后使用青铜器 此后广泛采用铁器文明的诞生伴随刀具的发展o 古印度和古巴比伦文化的代表是大马士革剑文明的诞生伴随刀具的发展o 中国古刀具的代表是越王 勾践的重孙州勾所用的 越王州勾剑o 此外，干将、莫邪 、欧 冶子属于该时期刀具制作 的最高水平 金属切削刀具o 工业化革命之后，机械加工业的发展推动了金属切削刀具迅速发展o 目前国内外刀具用钢钢种主要为金属切削刀

2、具用钢，代表性钢类为高速工具钢和合金工具钢o 1999年世界金属切削刀具的市场规模为103.5亿美元，目前年增长率在35之间，基本保持稳定无机非金属材料切削刀具o 现代建筑业及装修业的发展推动了无机非金属切削刀具的迅速发展o 目前国内外刀具用材主要为金刚石刀具和硬质合金刀具有机物切削刀具o 切削对象为动物、植物、木材、布、纸张、塑料、食品o 最重要的刀具o 最古老的刀具o 最具发展前途的刀具有机物切削刀具的性能要求o 被切割物不一定固定o 完全的切割，不允许撕扯拖带o 高硬度o 很高的刀口锋利度o 容易磨削性o 较高韧性o 一般不要求红硬性有机物与无机物切削刀具的性能比较有机物o 完全的切割，

3、不允许撕扯拖带o 高硬度o 刚性要求一般o 很高的刀口锋利度o 较高韧性o 一般不要求红硬性o 吹毛断发无机物o 允许一定程度的撕扯拖带o 高硬度o 很高刚性o 一定的刀口锋利度o 较高韧性o 较高红硬性o 削铁如泥刀口锋利性的基本要求o 完全的金属键结合对刀口锋利性具有重要作用o 排除了硬质合金的使用o 钢中合金元素含量不能过高o 高硬度的实现主要依靠高碳含量有机物切削刀具的强韧化原理o 主要依靠高碳马氏体强化（过饱和间隙碳原子的间隙固溶强化、孪晶强化）o 低温回火时析出的渗碳体的强化o 晶粒细化强韧化有机物切削刀具用钢o 非合金或低合金高碳工具钢o T8、T10、T12o 9CrSi、9M

4、n2V、GCr15、9CrV、60Si2Mn、65Mn、CrWMn、CrMn、Cr2有机物切削刀具用钢的热处理与性能表1.1 常用的高碳非合金或低合金工具钢的热处理及热处理硬度钢 号退火温度退化硬度HB淬火温度淬火介质冷处理回火温度回火硬度HRC9CrSi790810197241860880油204014016018020062656062CrMn790810187241840860油、硝盐、碱浴 -801802005561CrWMn770790207255820840830850780820油、硝盐、碱浴-70140160170200230280626560625560Cr277079018

5、7229840860油、硝盐、碱浴1301606265T8A770790187229780800油20401802005560T10A780800187229780800油20401802005662有机物切削刀具的合金化o 高碳含量（适当过共析）o 微合金化元素Nb、V、Ti阻止高温晶粒长大并通过沉淀强化提高使用态硬度o 合金渗碳体具有重要作用，因而应适量加入Cr、V、Mn等促进形成合金渗碳体的元素o Gladman得到晶界解钉的判据为：o 晶粒尺寸不均匀性因子Z值约为1.7，可得A约为0.17。Z值为3或9时，A约为2/3和4/9，对应于Hillert缺陷理论的两个水平。o 第二相控制晶粒

6、尺寸具有“方向性”，即晶粒在一开始是否被钉扎将决定所选取的钉扎水平系数A的差异。)223(6CZfdD第二相阻止晶粒长大的理论第二相阻止晶粒长大第二相阻止晶粒长大第二相沉淀析出强化dCOrowan MechanismCutting MecanismOrowan机制下的沉淀强化强度增量o 第二相体积分数很小时（f1/2远小于0.854/1.2） ：o 钢铁材料中，G为80650 MPa，泊松比为0.291，b为0.24824nm， 可得：)22.1ln(3728.02/1PPbddfKGbR)417.2ln(89952/1PPddfR沉淀强化强度增量与第二相体积分数和尺寸的关系210100100

7、00200400600800Cementitef=4%f=16%f=9%f=1%InclusionsMicroalloy Carbonitrudesf=0.25%f=0.16%f=0.09%f=0.04%f=0.01%Size of Second Phases d，nmStrength Increment YSP，MPaOrowan机制下的沉淀强化强度增量o 高碳钢中渗碳体体积分数可高达15，平均尺寸1000nm，强度增量27.1MPa；通常的最佳控制条件下平均尺寸 100nm，强度增量191MPa 。而如果能将其平均尺寸控制在20nm，强度增量将高达676MPa。o 微合金钢中微合金碳氮化物

8、体积分数仅为0.1，最佳控制条件下平均尺寸 2nm，强度增量228MPa ；若体积分数增加至0.28%，强度增量约410MPa 。低温二次硬化o 低温回火时基体马氏体的硬度基本保持不变，若能叠加第二相沉淀析出强化，则可能实现低温二次硬化o 合金碳化物必须在500左右的温度才能有效析出（合金元素的扩散控制析出过程），渗碳体或合金渗碳体则可在150300下有效析出（碳原子的扩散控制析出过程）o 应变促进析出过程o 渗碳体容易长大而合金渗碳体不容易长大良好控制条件下的合金渗碳体良好控制条件下的合金渗碳体良好控制条件下的合金渗碳体9CrV钢低温二次硬化处理效果o 刀片厚度在12mm时，热处理后硬度达到

9、HRC6872，同时保持良好韧性o 刀片厚度在0.1mm时，热处理后硬度达到HRC7075，同时保持良好韧性o 需要进行特殊的热处理剃须刀o 全世界需求量80亿片/年o 剃须时的拖带作用会导致拔胡须造成疼痛o 热处理后硬度HRC62以上，最好水平HRC72以上o 较高韧性以防止脆性断裂，因而奥氏体晶粒尺寸应在10m以下（10级晶粒度）剪草刀o 全世界需求量2亿片/年o 剪草时的拖带作用会导致拔草造成枯黄o 热处理后硬度HRC5062，根据需求选用不同硬度o 较高韧性以防止脆性断裂，因而奥氏体晶粒尺寸应在20m以下（8级晶粒度）裁布刀o 全世界需求量数千万片/年o 裁布时的拖带作用会导致经纬线变形造成质量下降，高档时装特别重要o 热处理后硬度HRC6265，根据需求选用不同硬度o 较高韧性以防止脆性断裂，因而奥氏体晶粒尺寸应在20m以下（8级晶粒度）裁纸刀o 全世界需求量数千万片/年o 裁纸时的拖带作用会导致剪裁质量下降o 热处理后硬度HRC6265，根据需求选用不同硬度o 较高韧性以防止脆性断裂，因而奥氏体晶粒尺寸应在20m以下（8级晶粒度）烟丝切刀o 全世界需求量百万片/年o 切丝时的拖带作用会导致烟丝尺寸不均匀，造成填充率下降o 热处理后硬度HRC6870o 较高韧性以防止脆性断裂，因而奥氏体晶粒尺寸应在10m以下（10级晶粒度）菜刀