一種剪切機刀片材料制備方法與流程

本發明涉及合金材料領域，具體屬于一種剪切機刀片材料制備方法。

背景技術：

目前，國內外剪切機刀片用材大致有高碳高鉻鑄鋼，普通高速鋼和硬質合金等幾種類型。高碳高鉻鑄鋼由于有一定的耐磨性，而且價格便宜，因此得到廣泛的應用，高碳高鉻刀片用鋼常用的材料有13Cr13WMoV和18Cr20WMoV。由于這兩種鋼硬度和耐磨性主要依靠鉻的碳化物Cr7C3和Cr23C6，熱穩定性較差，一般在450℃以上開始聚集長大而逐漸軟化。在550℃時，硬度要降至HRC50以下。而剪切機刀片在高速運行下的溫度可達到550℃左右，這就使刀片使用壽命明顯降低。高速鋼的二次硬化溫度在550℃左右，硬度維持在HRC62~64，可顯著地提高刀片的使用壽命；硬質合金也有很好的高溫硬度和耐磨性。但由于普通高速鋼和硬質合金的制造成本太高，在高線刀片材料的使用上受到限制。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種剪切機刀片材料制備方法，降低了高速鋼中價格昂貴的W、Mo含量，同時添加微量的N、Nb和RE等元素，獲得既保持較高紅硬性的特性，又較大幅度地降低成本，提高刀片耐磨性。

本發明的技術方案如下：

一種剪切機刀片材料制備方法，包括有以下工藝步驟：

1）、鋼水制備，按順序向真空感應電爐熔煉中依次加入原料廢鋼件、鉻鐵、鎢鐵、鉬鐵、鈮鐵、稀土硅，待鋼水熔清后再加入VN合金，然后用鋁絲對鋼液進行脫氧合金化，再用熔模鑄造法澆鑄；

2）、澆鑄后鑄態鋼坯中各合金化學元素的質量百分數為：C0.75-1.05%、W2.5%、Mo2.0-3.0%、V1.5-3.0%、Cr4.0%、Nb0.05%、Re0.1%，Ti0.08~0.12%，余量為Fe，Re為稀土硅；

3）、鑄態鋼坯經800-850℃退火1.8-2.2h后，進行淬火，淬火溫度為1175-1250℃，回火溫度400-560℃，回火3次，每隔2小時回火1次；

4）、然后將回火后的刀片進行鹽浴處理，鹽浴處理為用質量濃度為28-32%的鹽酸溶液中對刀片鑄件進行鹽浴，期間進行對鹽酸溶液感應加熱：常溫～80℃，升溫時間為0.6～0.8h，保溫1-2h，最后用水進行清洗。

所述鑄態鋼坯中各合金化學元素的質量百分數為：C0.75%、W2.5%、Mo2.0%、V1.5%、Cr4.0%、Nb0.05%、Re0.1%，Ti0.08%，余量為Fe，Re為稀土硅。

所述鑄態鋼坯中各合金化學元素的質量百分數為：C1.05%、W2.5%、Mo2.0%、V2.0%、Cr4.0%、Nb0.05%、Re0.1%，Ti0.12%，余量為Fe，Re為稀土硅。

與現有技術相比，本發明的有益技術效果如下：

1） 降低高速鋼中W、Mo元素，同時添加微量Nb、N、RE元素的低合金高速鋼W3Mo2Cr4V2NbNRE的鑄態組織由連續網狀的共晶萊氏體、黑色組織、馬氏體及殘余奧氏體組成。經退火、淬火、回火后的組織為斷續網狀的共晶碳化物、回火馬氏體、二次碳化物和殘余奧氏體。

2） W3Mo2Cr4V2NbNRE的熱處理工藝為1250℃淬火+560℃三次回火，硬度達HRC64。該鋼的回火穩定性也很好，在560℃保溫20h后的硬度仍為HRC62。

3） 鑄造低合金高速鋼W3Mo2Cr4V2NbNRE的淬回火組織中雖然存在有共晶碳化物，但制造只要承受壓應力狀態的刀片是可行的。耐磨性遠高于現行的高鉻鑄鋼刀片，接近于普通高速鋼的耐磨性。

4） W3Mo2Cr4V2NbNRE的成本比通用高速鋼W18Cr4V的低，是一種節能型的耐磨材料。

附圖說明

圖1為試驗鋼的鑄態金相組織示意圖。

圖2為各鋼種磨粒磨損對比示意圖。

圖3為各鋼種滑動磨損對比圖。

具體實施方式

實施例1：

一種剪切機刀片材料制備方法，包括有以下工藝步驟：

1）、鋼水制備，按順序向真空感應電爐熔煉中依次加入原料廢鋼件、鉻鐵、鎢鐵、鉬鐵、鈮鐵、稀土硅，待鋼水熔清后再加入VN合金，然后用鋁絲對鋼液進行脫氧合金化，再用熔模鑄造法澆鑄；

2）、澆鑄后鑄態鋼坯中各合金化學元素的質量百分數為：C0.75%、W2.5%、Mo2.0%、V1.5%、Cr4.0%、Nb0.05%、Re0.1%，Ti0.08%，余量為Fe，Re為稀土硅；

3）、鑄態鋼坯經800℃退火1.8h后，進行淬火，淬火溫度為1175℃，回火溫度450℃，回火3次，每隔2小時回火1次；

4）、然后將回火后的刀片進行鹽浴處理，鹽浴處理為用質量濃度為28%的鹽酸溶液中對刀片鑄件進行鹽浴，期間進行對鹽酸溶液感應加熱：常溫～80℃，升溫時間為0.6h，保溫1h，最后用水進行清洗。

實施例2：

一種剪切機刀片材料制備方法，包括有以下工藝步驟：

1）、鋼水制備，按順序向真空感應電爐熔煉中依次加入原料廢鋼件、鉻鐵、鎢鐵、鉬鐵、鈮鐵、稀土硅，待鋼水熔清后再加入VN合金，然后用鋁絲對鋼液進行脫氧合金化，再用熔模鑄造法澆鑄；

2）、澆鑄后鑄態鋼坯中各合金化學元素的質量百分數為：C1.05%、W2.5%、Mo2.0%、V2.0%、Cr4.0%、Nb0.05%、Re0.1%，Ti0.12%，余量為Fe，Re為稀土硅；

3）、鑄態鋼坯經850℃退火2.2h后，進行淬火，淬火溫度為1250℃，回火溫度560℃，回火3次，每隔2小時回火1次；

4）、然后將回火后的刀片進行鹽浴處理，鹽浴處理為用質量濃度為32%的鹽酸溶液中對刀片鑄件進行鹽浴，期間進行對鹽酸溶液感應加熱：常溫～80℃，升溫時間為0.8h，保溫2h，最后用水進行清洗。

將通過本實施例制得的鑄態鋼坯進行淬火回火后的鋼進行紅硬性試驗，在550℃每次保溫4小時共五次20小時，每次待冷至室溫后用69-1型布洛維光學硬度機測其硬度；磨粒磨損試驗，試樣加工成10 mm×10 mm×20mm,在自制磨粒磨損機進行無載荷磨損，磨損時間為30min，磨砂為20目的石英砂，磨后用精度為0.1mg的FA2004N型光電天平稱其失重；滑動磨損試驗，試樣加工成6.5mm×6.5 mm×30mm，在型號為MM—200滑動磨損機上進行，載荷為15kg，試樣經20min磨損后用光電天平稱其失重。

試驗鋼的鑄態組織分析：

圖1為試驗鋼經熔模鑄造后的鑄態組織金相，從圖中可以看出試驗鋼的鑄態組織是由共晶萊氏體、黑色組織、馬氏體及殘留奧氏體組成。

共晶萊氏體比較細小，這主要是由于一方面試驗鋼中合金元素相對于W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2鋼要少，另一方面試驗鋼中加入了Nb元素，Nb是一種比V更強的碳化物形成元素，微量加入可以細化初生晶粒，細化共晶萊氏體，從而改善了鑄態鋼中共晶碳化物的大小和分布；復合添加Nb、V還可以形成與鋼液密度相近的復合碳化物，這就可以減輕因VC與鋼水密度相差較大而引起的VC偏析，提高了鑄造組織的質量^[6]。

試驗鋼的耐磨性：

試驗鋼和對比鋼種的磨粒磨損試驗曲線和滑動磨損試驗曲線如圖2、3所示。

試驗鋼的耐磨性明顯高于高鉻鑄鋼而接近于普通高速鋼W18Cr4V，這是由于試驗鋼中未溶的共晶碳化物和基體中W、Mo、V、Nb的復合碳氮化物（一次和二次析出的）對耐磨性的貢獻。