專利名稱：切粒動(dòng)刀材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合不銹鋼，尤其是一種用于制作切粒動(dòng)刀之類刀具的強(qiáng)化不銹鋼，同時(shí)還涉及其制備方法，屬于金屬復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚酯行業(yè)使用的切粒動(dòng)刀之類的切割刀具在水下工作，更換困難，要求使用周期長，刀口鋒利、耐磨損、耐腐蝕。目前，此類大型刀具的刀口材料主要采用機(jī)械加工性能欠佳的鈷基合金(俗稱司太樂合金STELLITE12#)堆焊而成，即先在基體鋼材上圓周沿母線開一組槽，接著在槽中堆焊鈷基合金，再銑去相鄰堆焊鈷基合金之間的基體材料，露出鈷基合金，最后在鈷基合金磨削刃口。不僅其制造工藝復(fù)雜，并且因材料中含有稀有金屬鈷而價(jià)格昂貴(約500元/Kg)。
檢索發(fā)現(xiàn)，申請(qǐng)?zhí)枮閆L99114272.1、名稱為《碳化鈦增強(qiáng)耐磨鋁合金及其制備工藝》的發(fā)明專利公開了一種以碳化鈦顆粒為增強(qiáng)體的耐磨鋁基復(fù)合材料及其制備工藝。申請(qǐng)?zhí)枮閆L94111234.9，名稱為《高強(qiáng)度耐磨多元黃銅及其制備工藝》的發(fā)明專利則公開了一種以碳化鈦顆粒為增強(qiáng)體的耐磨銅基復(fù)合材料及其制備工藝。由此可知，碳化鈦對(duì)增強(qiáng)金屬材料的耐磨等性能具有理性的作用效果。然而，鋁基或銅基金屬顯然不適合作為以上刀具的材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種成本經(jīng)濟(jì)、耐腐蝕、耐磨損、強(qiáng)度高、耐沖擊的切粒動(dòng)刀材料，同時(shí)給出其制備方法，從而取代司太樂合金，滿足聚酯行業(yè)水下切割的需要。
為了達(dá)到以上目的，申請(qǐng)人通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)篩選，解決了基體鋼材確定、在基體合金中復(fù)合出TiC顆粒，并使TiC顆粒均勻彌散、選擇合理的配比、擬定制備方法等一系列問題，確定了以下切粒動(dòng)刀材料，該刀具材料由以下體積百分比的成分組成基體馬氏體不銹鋼96-98％TiC 2-4％其中TiC以10-102nm彌散分布在基體不銹鋼中。基體不銹鋼可以是各種馬氏體不銹鋼，尤以2Cr13性能最佳，且2Cr13占97vol％、TiC占3vol％時(shí)刀具性能最好。
通常基體不銹鋼的成分為C0.1～0.34％；Cr12～14％；Si≤0.60％；Ni≤0.60％；Mn≤0.60％；S≤0.03％，余量為Fe。
以上刀具材料的制備方法為1)、準(zhǔn)備添加材料——將Ti、C、Fe超細(xì)粉碎，粒徑小于0.1毫米；2)、熔煉基體材料——將馬氏體不銹鋼放入熔煉設(shè)備中熔煉；3)、添加粉碎材料——當(dāng)基體材料熔化后，按以上成品比例要求，添加粉碎后Ti、C、Fe粉粒，溫度控制在1800℃-2000℃，形成10-102nm的彌散分布TiC；4)、鑄錠電渣——鑄錠后高溫電渣，排除鑄錠內(nèi)部氣孔。
采用本發(fā)明后，可以在基體合金中復(fù)合出TiC顆粒，并使TiC顆粒非常均勻彌散，形成材料中的硬質(zhì)相，從而達(dá)到強(qiáng)化材料的目的。實(shí)驗(yàn)證明，用以上由基體合金與2-4vol％TiC構(gòu)成的TiC彌散強(qiáng)化不銹鋼制成的切粒動(dòng)刀在水下作業(yè)，環(huán)境溫度接近100℃，耐腐蝕以及機(jī)械性能均十分理想，而成本比司太樂合金低很多。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一本實(shí)施例中，申請(qǐng)人計(jì)劃研制一種新材料—TiC彌散強(qiáng)化不銹鋼，以替代價(jià)格高昂的鈷基合金(俗稱司太樂合金STELLITE)，用于切粒動(dòng)刀。研制過程解決的主要技術(shù)問題如下1.基體鋼材確定現(xiàn)有技術(shù)中的鈷基合金焊接后無需熱處理，刀口能達(dá)到一定硬度，耐腐蝕性好，耐磨損，強(qiáng)度高，但成本高昂。通過實(shí)驗(yàn)，選擇了耐腐蝕性好的18-8不銹鋼、1Cr13不銹鋼、2Cr13不銹鋼、3Cr13不銹鋼、4Cr13等馬氏體不銹鋼。其中以2Cr13的實(shí)驗(yàn)效果最理想。
2.不銹鋼鋼熔體中原位合成TiC顆粒TiC顆粒強(qiáng)化材料的基材采用銅、鋁或鑄鐵已有報(bào)道，但以不銹鋼為基體如何能使TiC顆粒以亞微米或納米級(jí)(10-102nm)彌散分布一直是個(gè)難題。根據(jù)物理冶金學(xué)基本原理，基體中強(qiáng)化相顆粒尺寸越小，強(qiáng)化效果越好，對(duì)于刀具而言，無疑是耐磨性越好，越鋒利，被切物斷面越光滑。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，采用在不銹鋼基體材料中添加粒徑小于0.1毫米的Ti、C、Fe，通過熔煉，可以實(shí)現(xiàn)所需的TiC顆粒原位合成；3.基體成分的比例控制反復(fù)實(shí)驗(yàn)后確定刀具材料的成分為C0.1～0.34％ Cr12～14％ Si≤0.60％ Ni≤0.60％ Mn≤0.60％ S≤0.03％0.TiC2-4％，余量為Fe。
4.制備工藝按照以下步驟可以完成所需刀具材料的制備1)、準(zhǔn)備添加材料——將Ti、C、Fe超細(xì)粉碎，粒徑小于0.1毫米；2)、熔煉基體材料——選用不銹鋼2Cr13為基體材料，在真空或中頻感應(yīng)電爐里進(jìn)行熔煉；3)、添加粉碎材料——在熔化的基體材料中，按基體材料97vol％、合成后Ti3vol％的比例要求，添加粉碎后Ti、C、Fe粉粒，溫度控制在1800℃以上(不超過2000℃)，形成10-102nm的彌散分布TiC；4)、鑄錠電渣——合成TiC后的鑄錠內(nèi)部無法避免氣孔及少量雜質(zhì)，為此增加一道高溫電爐電渣工序，排除氣孔消除內(nèi)部缺陷。
這種以不銹鋼為基體、通過原位合成工藝在基體中分布均勻彌散超細(xì)(亞微米至納米級(jí))TiC顆粒的材料，在強(qiáng)度、硬度、耐熱、耐磨損、耐腐蝕等方面性能得到較大提高，同時(shí)仍然具有較高的塑性和韌性，因此十分適合用作切粒動(dòng)刀之類切割刀具的材料，并可廣泛應(yīng)用于化工、化纖等苛刻工況條件下工作的機(jī)械零件。由于不含稀有貴金屬，因此價(jià)格便宜。測(cè)試表明，其室溫力學(xué)性能為бb≥720Mpa；б0.2≥410MPa；δ≥20％，高溫(700℃)；力學(xué)性能бb≥350Mpa；б0.2≥140MPa；δ≥30％；抗蠕變性能(600℃，260MPa)；持久壽命L≥200h，高溫(850℃)抗氧化性能100h氧化增重≤4mg/cm2；耐磨損性能比18-8系列不銹鋼另件壽命提高2倍，比用于同樣工況條件下的耐熱不銹鋼提高1-2倍，完全可以取代價(jià)格昂貴的鈷基合金。制成后的切粒動(dòng)刀使用壽命比鈷基合金刀具延長30-50％。并在生產(chǎn)線使用中得到證實(shí)。
此外，值得一提的是，本發(fā)明的刀具材料具有理想的機(jī)械加工性能，完全可以機(jī)械加工后鑲嵌在刀體中形成刃口，熱處理后仍可切削加工，從而便于刀具的制造。
除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種切粒動(dòng)刀材料，由以下體積百分比的成分組成基體馬氏體不銹鋼 96-98％TiC 2-4％其中TiC以10-102nm彌散分布在基體不銹鋼中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述切粒動(dòng)刀材料，其特征在于所述基體馬氏體不銹鋼為18-8不銹鋼、1Cr13不銹鋼、2Cr13不銹鋼、3Cr13不銹鋼、4Cr13不銹鋼之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述切粒動(dòng)刀材料，其特征在于所述基體馬氏體不銹鋼的成分為C0.1～0.34％；Cr12～14％；Si≤0.60％；Ni≤0.60％；Mn≤0.60％；S≤0.03％，余量為Fe。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述切粒動(dòng)刀材料及其制備方法，其特征在于所述馬氏體不銹鋼為2Cr13，所述2Cr13的體積百分比為97％，TiC的體積百分比為3％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述切粒動(dòng)刀材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)、準(zhǔn)備添加材料——將Ti、C、Fe超細(xì)粉碎，粒徑小于0.1毫米；2)、熔煉基體材料——將馬氏體不銹鋼放入熔煉設(shè)備中熔煉；3)、添加粉碎材料——當(dāng)基體材料熔化后，按以上成品比例要求，添加粉碎后Ti、C、Fe粉粒，溫度控制在1800℃——2000℃，形成10-102nm的彌散分布TiC；4)、鑄錠電渣——鑄錠后高溫電渣，排除鑄錠內(nèi)部氣孔及缺陷。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述切粒動(dòng)刀材料的制備方法，其特征在于所述所述馬氏體不銹鋼為2Cr13，所述2Cr13的體積百分比為97％，TiC的體積百分比為3％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種切粒動(dòng)刀材料，同時(shí)還涉及其制備方法，屬于金屬復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。該刀具材料由基體馬氏體不銹鋼96－98％和TiC2－4％組成，其中TiC彌散分布在基體不銹鋼中。制備方法包括準(zhǔn)備添加材料、熔煉基體材料、添加粉碎材料、鑄錠電渣等步驟采用本發(fā)明后，可以在基體合金中復(fù)合出TiC顆粒，并使TiC顆粒非常均勻彌散，形成材料中的硬質(zhì)相，大大提高材料的耐磨性，從而達(dá)到強(qiáng)化材料的目的。實(shí)驗(yàn)證明，用以上由基體合金與2－4vol％TiC構(gòu)成的TiC彌散強(qiáng)化不銹鋼制成的切粒動(dòng)刀在水下作業(yè)，環(huán)境溫度接近100℃，耐腐蝕以及機(jī)械性能均十分理想，完全可以替代司太樂合金而成本比司太樂合金低很多。
文檔編號(hào)C22C33/00GK1904116SQ20061004139
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2006年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月21日
發(fā)明者周麗娟, 陳國壽 申請(qǐng)人:蘇州利德紡織機(jī)件有限公司