1、有機(jī)物切削刀具的發(fā)展中國(guó)鋼研科技集團(tuán)公司鋼鐵研究總院先進(jìn)鋼鐵材料技術(shù)國(guó)家工程中心中國(guó)金屬學(xué)會(huì)特殊鋼分會(huì) 刀具人與猿的最大區(qū)別是人能夠制造和使用工具o 刀具是最重要的工具 o 畜牧、農(nóng)耕及軍事用途o 與材料發(fā)展密切相關(guān) 最早使用石刀、石斧 然后使用青銅器 此后廣泛采用鐵器文明的誕生伴隨刀具的發(fā)展o 古印度和古巴比倫文化的代表是大馬士革劍文明的誕生伴隨刀具的發(fā)展o 中國(guó)古刀具的代表是越王 勾踐的重孫州勾所用的 越王州勾劍o 此外，干將、莫邪 、歐 冶子屬于該時(shí)期刀具制作 的最高水平 金屬切削刀具o 工業(yè)化革命之后，機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展推動(dòng)了金屬切削刀具迅速發(fā)展o 目前國(guó)內(nèi)外刀具用鋼鋼種主要為金屬切削刀

2、具用鋼，代表性鋼類為高速工具鋼和合金工具鋼o 1999年世界金屬切削刀具的市場(chǎng)規(guī)模為103.5億美元，目前年增長(zhǎng)率在35之間，基本保持穩(wěn)定無機(jī)非金屬材料切削刀具o 現(xiàn)代建筑業(yè)及裝修業(yè)的發(fā)展推動(dòng)了無機(jī)非金屬切削刀具的迅速發(fā)展o 目前國(guó)內(nèi)外刀具用材主要為金剛石刀具和硬質(zhì)合金刀具有機(jī)物切削刀具o 切削對(duì)象為動(dòng)物、植物、木材、布、紙張、塑料、食品o 最重要的刀具o 最古老的刀具o 最具發(fā)展前途的刀具有機(jī)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，不允許撕扯拖帶o 高硬度o 很高的刀口鋒利度o 容易磨削性o 較高韌性o 一般不要求紅硬性有機(jī)物與無機(jī)物切削刀具的性能比較有機(jī)物o 完全的切割，

3、不允許撕扯拖帶o 高硬度o 剛性要求一般o 很高的刀口鋒利度o 較高韌性o 一般不要求紅硬性o 吹毛斷發(fā)無機(jī)物o 允許一定程度的撕扯拖帶o 高硬度o 很高剛性o 一定的刀口鋒利度o 較高韌性o 較高紅硬性o 削鐵如泥刀口鋒利性的基本要求o 完全的金屬鍵結(jié)合對(duì)刀口鋒利性具有重要作用o 排除了硬質(zhì)合金的使用o 鋼中合金元素含量不能過高o 高硬度的實(shí)現(xiàn)主要依靠高碳含量有機(jī)物切削刀具的強(qiáng)韌化原理o 主要依靠高碳馬氏體強(qiáng)化（過飽和間隙碳原子的間隙固溶強(qiáng)化、孿晶強(qiáng)化）o 低溫回火時(shí)析出的滲碳體的強(qiáng)化o 晶粒細(xì)化強(qiáng)韌化有機(jī)物切削刀具用鋼o 非合金或低合金高碳工具鋼o T8、T10、T12o 9CrSi、9M

4、n2V、GCr15、9CrV、60Si2Mn、65Mn、CrWMn、CrMn、Cr2有機(jī)物切削刀具用鋼的熱處理與性能表1.1 常用的高碳非合金或低合金工具鋼的熱處理及熱處理硬度鋼 號(hào)退火溫度退化硬度HB淬火溫度淬火介質(zhì)冷處理回火溫度回火硬度HRC9CrSi790810197241860880油204014016018020062656062CrMn790810187241840860油、硝鹽、堿浴 -801802005561CrWMn770790207255820840830850780820油、硝鹽、堿浴-70140160170200230280626560625560Cr277079018

5、7229840860油、硝鹽、堿浴1301606265T8A770790187229780800油20401802005560T10A780800187229780800油20401802005662有機(jī)物切削刀具的合金化o 高碳含量（適當(dāng)過共析）o 微合金化元素Nb、V、Ti阻止高溫晶粒長(zhǎng)大并通過沉淀強(qiáng)化提高使用態(tài)硬度o 合金滲碳體具有重要作用，因而應(yīng)適量加入Cr、V、Mn等促進(jìn)形成合金滲碳體的元素o Gladman得到晶界解釘?shù)呐袚?jù)為：o 晶粒尺寸不均勻性因子Z值約為1.7，可得A約為0.17。Z值為3或9時(shí)，A約為2/3和4/9，對(duì)應(yīng)于Hillert缺陷理論的兩個(gè)水平。o 第二相控制晶粒

6、尺寸具有“方向性”，即晶粒在一開始是否被釘扎將決定所選取的釘扎水平系數(shù)A的差異。)223(6CZfdD第二相阻止晶粒長(zhǎng)大的理論第二相阻止晶粒長(zhǎng)大第二相阻止晶粒長(zhǎng)大第二相沉淀析出強(qiáng)化dCOrowan MechanismCutting MecanismOrowan機(jī)制下的沉淀強(qiáng)化強(qiáng)度增量o 第二相體積分?jǐn)?shù)很小時(shí)（f1/2遠(yuǎn)小于0.854/1.2） ：o 鋼鐵材料中，G為80650 MPa，泊松比為0.291，b為0.24824nm， 可得：)22.1ln(3728.02/1PPbddfKGbR)417.2ln(89952/1PPddfR沉淀強(qiáng)化強(qiáng)度增量與第二相體積分?jǐn)?shù)和尺寸的關(guān)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機(jī)制下的沉淀強(qiáng)化強(qiáng)度增量o 高碳鋼中滲碳體體積分?jǐn)?shù)可高達(dá)15，平均尺寸1000nm，強(qiáng)度增量27.1MPa；通常的最佳控制條件下平均尺寸 100nm，強(qiáng)度增量191MPa 。而如果能將其平均尺寸控制在20nm，強(qiáng)度增量將高達(dá)676MPa。o 微合金鋼中微合金碳氮化物

8、體積分?jǐn)?shù)僅為0.1，最佳控制條件下平均尺寸 2nm，強(qiáng)度增量228MPa ；若體積分?jǐn)?shù)增加至0.28%，強(qiáng)度增量約410MPa 。低溫二次硬化o 低溫回火時(shí)基體馬氏體的硬度基本保持不變，若能疊加第二相沉淀析出強(qiáng)化，則可能實(shí)現(xiàn)低溫二次硬化o 合金碳化物必須在500左右的溫度才能有效析出（合金元素的擴(kuò)散控制析出過程），滲碳體或合金滲碳體則可在150300下有效析出（碳原子的擴(kuò)散控制析出過程）o 應(yīng)變促進(jìn)析出過程o 滲碳體容易長(zhǎng)大而合金滲碳體不容易長(zhǎng)大良好控制條件下的合金滲碳體良好控制條件下的合金滲碳體良好控制條件下的合金滲碳體9CrV鋼低溫二次硬化處理效果o 刀片厚度在12mm時(shí)，熱處理后硬度達(dá)到

9、HRC6872，同時(shí)保持良好韌性o 刀片厚度在0.1mm時(shí)，熱處理后硬度達(dá)到HRC7075，同時(shí)保持良好韌性o 需要進(jìn)行特殊的熱處理剃須刀o 全世界需求量80億片/年o 剃須時(shí)的拖帶作用會(huì)導(dǎo)致拔胡須造成疼痛o 熱處理后硬度HRC62以上，最好水平HRC72以上o 較高韌性以防止脆性斷裂，因而奧氏體晶粒尺寸應(yīng)在10m以下（10級(jí)晶粒度）剪草刀o 全世界需求量2億片/年o 剪草時(shí)的拖帶作用會(huì)導(dǎo)致拔草造成枯黃o 熱處理后硬度HRC5062，根據(jù)需求選用不同硬度o 較高韌性以防止脆性斷裂，因而奧氏體晶粒尺寸應(yīng)在20m以下（8級(jí)晶粒度）裁布刀o 全世界需求量數(shù)千萬(wàn)片/年o 裁布時(shí)的拖帶作用會(huì)導(dǎo)致經(jīng)緯線變形造成質(zhì)量下降，高檔時(shí)裝特別重要o 熱處理后硬度HRC6265，根據(jù)需求選用不同硬度o 較高韌性以防止脆性斷裂，因而奧氏體晶粒尺寸應(yīng)在20m以下（8級(jí)晶粒度）裁紙刀o 全世界需求量數(shù)千萬(wàn)片/年o 裁紙時(shí)的拖帶作用會(huì)導(dǎo)致剪裁質(zhì)量下降o 熱處理后硬度HRC6265，根據(jù)需求選用不同硬度o 較高韌性以防止脆性斷裂，因而奧氏體晶粒尺寸應(yīng)在20m以下（8級(jí)晶粒度）煙絲切刀o 全世界需求量百萬(wàn)片/年o 切絲時(shí)的拖帶作用會(huì)導(dǎo)致煙絲尺寸不均勻，造成填充率下降o 熱處理后硬度HRC6870o 較高韌性以防止脆性斷裂，因而奧氏體晶粒尺寸應(yīng)在10m以下（10級(jí)晶粒度）菜刀