低合金刃具钢的姜块状索氏体化处理

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　　1前言

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　　在完成“农机刀片磨损机理的综合研究”项目过程中，当我们对刀片磨损机理有较多了解后，曾讨论过，传统的球化退火得到细小圆匀的碳化物(K)，它是否在任何情况下都是工具钢的最佳原始组织？这时试验新钢种中有一种热轧空冷未退火，一种退火严重过热的带钢。我们采取略低于Acl温度的退火，使K不完全球化，形成姜块状索氏体，加工成剪毛机刀片，试验中获得很好效果。

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　　2试验材料与试验方法

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　　2.1试验材料

　　试验用新钢种成分为No.8(1.17%C，1.04%Si，1.12%Mn，0.28%V)和No.1(1.23%C，0.23%Mo)。两种钢均用碱性中频感应炉熔炼，浇成270kg方锭，在2t汽锤上开成90mm×90mm方坯，再轧成15mm×90mm扁坯，空冷后酸洗，清理表面，热轧成4.5mm×90mm带钢。热轧工艺：950～1000℃加热，940℃开轧，850～800℃终轧，摊开空冷。

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　　2.2试验方法

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　　光学金相分析在Neophot-I型金相显微镜上进行。磨损后的刀片在S-530型扫描电镜下对刃口和刃面观察照相，加速电压20kV。为寻找新鲜断口，对整个刀片在?φ120mm大试样台上进行全刀刃扫描，找出典型照相。观察刃口时试样台作30°旋转。

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　　2.3刀片寿命考核

　　提出比JB／T7881.4—95《剪羊毛机.试验方法》更高、更全面的4项指标，并与有王牌刀片之称的某国外刀片在相同条件下剪毛对比：①以每次刃磨后每副刀片剪羊头数和纯剪毛时间作为基本考核数据；②统计出现在高头数和低头数上的几率，表示刀片质量的稳定性；③每副刀片用至报废时总剪羊只数；④正常剪毛情况下刀片断齿率。

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　　试验在牧场结合剪毛生产进行。所剪为新疆细毛羊，为消除剪毛手个人技术差异带来的影响，每种刀片均交全体剪毛手轮流使用。考核刀片与对比用国外刀片共剪羊3800多头，剔除剪毛过程中断齿、机器故障而中途换刀等不规范的数据后，共获有效剪羊数3227头。

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　　3姜块状索氏体化处理工艺

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　　No.8带钢热轧未退火，组织为极细片状索氏体，碳化物也极细小均匀，见图1。硬度为302～326HBS，切削加工困难，需要退火。

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　　3.1下料

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　　为提高材料塑性，带钢加热到650～680℃用60t冲床下料，冲下的毛坯堆放空冷，检查组织与硬度均无变化。

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　　3.2姜块状索氏体化处理

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　　两种钢的Acl实测No.8为726℃，No.1为729℃。据此，决定索氏体化温度为715±5℃。为使加热均匀，控温准确，在盐浴中进行，加热3h，随炉冷到680℃出炉空冷。硬度为263～283HBS，加工面光洁度很高。

　　金相分析发现，相对于轧制方向，无论纵向还是横向剖面，No.8钢的组织基本相同，如图2。因组织极细，500倍照相较清晰，当放大1000倍以上用油镜头照相时，由于垂直景深小，照片反而不清。故图2是用500倍底片在制作照片时再放大4.5倍而成，相当于2250倍。

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　　3.3No.8钢刀片最终热处理工艺

　　盐浴中加热780℃×5min油淬，(150～170)℃×3h回火。硬度整批为63.5～65HRC，大多为64HRC，极均匀，每片刀片各点硬度差≤0.6HRC。

　　4剪毛效果与说明

　　剪毛结果见表1。从表中可见，试验刀片寿命明显高于国外名牌刀片。①每次刃磨剪羊头数和纯剪毛时间以及每副刀片总寿命均高于国外刀片；②稳定在高头数的几率显著高于国外刀片，且不存在低于11头／次的低指标，而国外刀片最低仅1头／次，还有47.42%达不到11头／次；③试验刀片正常剪毛情况下不断齿；④检查剪毛后换下的刀片发现，No.8刀片自身磨损是各种刀片中最轻的，刃磨时只要磨去薄薄一层就可使刃口恢复锋利，所以每副刀片可刃磨次数多，其总剪羊头数也高。这是刀片硬度高、碳化物分布均匀的结果。

表1　试验刀片与国外刀片剪毛数据

刀片类别 投入副数／测定次数	共剪羊头数	每次刃磨剪羊头数／头*次－1 + R2 h# W+ T2 _$ n（每次刃磨纯剪毛时间／min）			高低头数几率②（％）		每副刀片 4 \ u- \" A* l总寿命（头）	断齿率④（％）
		平均	最高	最低	≥21头／次	＜11头／次
国外名牌 20副／97次①	1302	13.4 （87.17）	41 , @- d, N, s6 x6 }6 L( a, i; ^（291.25）	1 8 H; y2 x* m+ J( _* O2 c1 }（9.17）	③ 22.7	47.42	670	10
No.8钢刀片 ! S" u& h% W# r. m: X18副／47次	979	20.8 （141.31）	46 （580.5）	11 （97）	42.8	0	1040	0
No.1钢刀片 . K2 l) C- _) _' A18副／45次	946	21 （140.25）	39.5 S$ O9 `6 ]9 \* t（300.51）	11 0 I0 _( j! K/ e1 V1 `3 L) w（79.75）	33.3	0	1050	0

　　注：①开始每种刀片均投18副，中途国外刀片2副断齿，补充2副，共投20副。国外刀片共测定97次。No.8和No.1钢刀片因寿命长，分别测定47次和45次后，羊已剪完。②3种刀片中最高者平均剪羊21头／次，国产刀片最低剪11头／次，故以≥21和＜11作为高、低寿命指标，分别统计各种刀片出现高、低头数的几率。③测定97次中有22次≥21头／次，22／97＝22.7%。④20副刀片中断齿2片，2／20＝10%。

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　　表中第3组是另一新钢种No.1刀片的数据。原材料进厂时发现，No.1上刀片用冷轧带钢球化良好，而下刀片用热轧带钢则退火严重过热，K十分粗大(图3)。为此采用920℃正火消除粗大碳化物(38～44HRC)，然后与No.8钢一同在715℃进行姜块状索氏体化处理(211～251HBS)。金相组织与图2相似，但还有少数较粗未溶碳化物，不过比原来大有改善。加工成下刀片后在800℃油淬，150～170℃回火。No.1钢上刀片因组织正常，用其它新工艺处理。剪毛结果这组刀片平均剪毛头数最高，虽与上刀片特殊处理有关，但作为下刀片，原材料组织存在严重缺陷，经正火并姜块状索氏体化处理后仍能取得优异成绩，再次证明这种组织是适宜的。