一种长使用寿命钨钢刀片的加工方法与流程

本发明涉及硬质合金刀技术领域，更具体地说，涉及一种长使用寿命钨钢刀片的加工方法。

背景技术：

硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，其具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，被广泛用作刀具材料。正是硬质合金的这些独特的属性，使硬质合金具有难加工和原材料价格高等特点。导致整体硬质合金材料的应用受到了很大的限制。但是如果利用钢材的易加工性和价格低廉的特点，采用钢质基体与硬质合金刀片焊接的方法生产切削刀具，不仅可以大大提高该硬质合金的应用范围，提高产品的寿命，而且可以大幅度地降低成本。

钨钢刀片即是一种将硬质合金钨钢作为刀刃焊接在钢质刀片基体上的一种硬质合金刀片，其传统结构如图1和图2所示，钨钢刀片为长条型结构，包括刀片基体1和钨钢合金3，沿刀片基体1的长度方向开设有安装孔2，在刀片基体1的一侧开设有直角焊接槽，钨钢合金3置于该直角焊接槽中，与刀片基体1焊接为一体。此种结构的钨钢刀片有一个好处就是钨钢合金3和刀片基体1能够牢靠焊接，但其存在的缺陷就是只有一个刀刃，刀片使用一段时间后，就会因刀刃磨损而不得不被换下修磨或者直接更换，刀片的使用寿命较短，也会给刀片使用厂家带来不便。

为了解决上述问题，刀片生产厂商一直在寻求一种新的刀片结构，但面临的另一问题就是刀片基体1和钨钢合金3的焊接问题，主要表现在：

(1)焊接区域的强度无法达到要求：采用焊接工艺，钨钢刀片焊接区域的强度较低，新的刀片结构必须保证刀片基体1和钨钢合金3仍能够牢靠固定，满足使用状态下的强度要求；

(2)焊接裂纹：由于钨钢的热膨胀系数与钢质基体的热膨胀系数相差很多，在焊接的过程中会产生很大的内应力，因此焊接后的刀片内部易产生断裂裂纹；

(3)气孔、夹杂和氧化：在焊接的过程中，如果温度过高会造成硬质合金刀片、钢质基体和焊料表面氧化，影响焊接强度，甚至出现假焊的现象；但是如果温度过低，焊料流动性不好，会造成气孔或夹杂，这些因素都会造成刀片质量下降，寿命降低。

经检索，中国专利申请号201410349292.X，申请日为2014年12月24日，发明创造名称为：一种超硬薄片硬质合金铜焊加工方法；该申请案的步骤为：一：挑选含银基的铜焊料；二：安装固定超硬薄片硬质合金与钢件；三：精密计算并设置超硬薄片硬质合金与钢件的配合间隙；四：在配合间隙中添加铜片；五：使用高频加热机对超硬薄片硬质合金、钢件进行加热；六：对超硬薄片硬质合金与钢件的配合间隙中添加含银基的铜焊料进行焊接；七：在配合间隙中添加助焊剂；八：将焊接后的工件放置在保温棉内冷却至常温。该申请案避免了加热出现硬质合金过热开裂或工件整体回火的问题；同时添加补偿片吸收焊缝残余应力，避免焊缝的开裂。

中国专利公开号CN 1428222A，公开日为2003年7月9日，发明创造名称为：一种硬质合金切割刀具的焊接方法；该申请案采用银基焊料作钎焊料焊接刀具，钎焊时在硬质合金和钢基材料间通过插入在其间的一软紫铜过渡片上的焊料钎焊连接。所用的银基钎焊料片是AgCuZnCd焊料片，焊接后产生的热应力有效地被紫铜片补偿吸收，有效减少硬质合金刀具生产中钎焊后脱片及碎片现象，提高刀具生产的成品率及刀具质量，延长刀具寿命。

上述申请案均提供了一种采用银基焊料焊接硬质合金刀具的方法，均能获得较好的焊接效果，但上述申请案的一个共同特点是，达到目的主要是依靠添加补偿铜片或助焊剂，并没有在银基焊料上多做文章，且上述申请案均忽视了刀片焊接区域强度低的问题，在应用上仍有一定限制。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种长使用寿命钨钢刀片的加工方法；本发明首先将传统的钨钢刀片由单刃增加至四个刀刃，改善了传统钨钢刀片使用寿命短的问题，其次针对四刃钨钢刀片，刀刃和刀片基体如何焊接牢固的问题，从钨钢刀片的加工、焊接过程入手，使刀刃焊接牢固、不易脱落，整体钨钢刀片的性能稳定、质量高，使用寿命长。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种长使用寿命钨钢刀片的加工方法，其步骤为：

步骤一、原材料准备：刀片基体包括如下质量百分比的组分：C 0.35-0.52％；Si 0.21-0.35％；Mn 0.55-0.86％；S≤0.02％；P≤0.025％；Cr 0.12-0.23％；Ni≤0.25％；Cu≤0.30％，余量为Fe和不可避免的杂质；钨钢合金采用K30型钨钢；

步骤二、退火处理：将步骤一中的刀片基体进行退火处理，退火温度为780-850℃，保温一段时间后降低温度为700-750℃，保温一段时间后随炉冷却到420-500℃出炉；

步骤三、粗加工：经步骤二退火处理后，将刀片基体和钨钢合金制成留有精加工余量的工件，其粗加工工艺为：

1)铣刀片基体的上下平面和两侧面；

2)对刀片基体进行划线打孔；

3)校平机校正，然后在刀片基体宽度方向的两侧磨出凸起，在钨钢合金磨出凹槽；

步骤四、镶焊：

将经步骤三加工后的刀片基体固定锁死，除去焊接区域表面油质、杂质和锈斑，并使刀片基体和钨钢合金的焊接面具有一定的粗糙度；然后将焊粉用水调成糊状涂在焊接表面，采用含银51％-56％的焊条进行火焰焊接，焊接温度在700℃-750℃；

步骤五、钨钢刀片的粗磨：

1)采用普通砂轮将钨钢刀片的两平面磨到留有0.5mm的精加工余量；

2)采用金刚石粗砂轮将钨钢刀片的上下平面和两侧面磨到留有0.5mm的精加工余量；

步骤六、钨钢刀片的精加工：采用金刚石镜面砂轮对上下平面和两侧面进行精加工。

更进一步地，步骤二的退火工艺中，保温时间与刀片基体的尺寸参数相关，具体为：

H＝kX_p+(Y_p+Z_p)/2

上式中，H为保温时间，单位为min；k为调节系数；X_p为刀片基体的长度，单位为mm；Y_p为刀片基体的宽度，单位为mm；Z_p为刀片基体的厚度，单位为mm。

更进一步地，调节系数k的取值范围为0.005～0.065。

更进一步地，步骤二的退火工艺中，升温至退火温度的速率为：

V＝(T-T0)(Cr_wt+Mn_wt)

上式中，V为升温速率，单位为℃/min；T为退火温度，单位为℃，T0为初始温度，单位为℃，Cr_wt为锻造毛坯中Cr的质量百分比值，Mn_wt为锻造毛坯中Mn的质量百分比值。

更进一步地，步骤三中磨出的凸起的横截面为方形结构，该凸起的宽和高为0.3-0.5mm；同样地，所述凹槽的横截面也为方形结构，其宽和高也为0.3-0.5mm。

更进一步地，步骤四镶焊工艺中，使用含银53％的焊条。

更进一步地，步骤四镶焊处理过后，再次对钨钢刀片进行粗磨之前，需对钨钢刀片进行保温处理，将钨钢刀片置于电炉内进行保温处理，保温温度为50-90℃，保温时间为24小时，然后冷却出炉。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种长使用寿命的钨钢刀片，在刀片基体的宽度方向的两侧起两个凸起，将钨钢合金以焊接的方式固定于刀片基体上，将传统的钨钢刀片由单刃增加至钨钢刀片的上下左右4个拐角处均有刀刃，改善了传统钨钢刀片使用寿命短的问题，一个刀刃损坏刀片使用厂家直接换成另一刀刃使用即可，也节省了换下修磨的时间，节省了用刀成本；

(2)本发明的一种长使用寿命的钨钢刀片，采用含银51％-56％的焊条将刀片基体和钨钢合金焊接为一体，该含银量的焊条在700℃～750℃的焊接火焰温度下能很好熔解，而在此火焰温度下能有效避免焊接过程产生焊接裂纹、气孔和夹杂，从而确保刀片基体和钨钢合金可靠焊接，焊缝质量高，再加上刀片基体的两个凸起能起到辅助增强作用，钨钢刀片的机械强度完全能够达到使用要求；

(3)本发明的一种长使用寿命钨钢刀片的加工方法，对退火工艺中的保温时间进行了科学设计，将其与刀片基体的尺寸参数相关联，克服了传统完全依靠技术人员经验控制保温时间的粗放模式，易导致不同炉次产品质量层次不齐的问题，经退火工艺后，刀片基体内部组织更加均匀，晶状结构更理想；

(4)本发明的一种长使用寿命钨钢刀片的加工方法，在退火工序中，将退火升温速率与刀片基体中Mn和Cr的质量百分比值相关联，退火工艺配合刀片基体组分，能够使刀片基体的组织容易控制且稳定性好，在后续焊接过程中降低刀片基体产生焊接裂纹的可能性，同时也能够进一步确保钨钢刀片的直线度和垂直度；

(5)本发明的一种长使用寿命钨钢刀片的加工方法，在镶焊处理过后，还对钨钢刀片进行保温处理，有助于进一步稳定刀片基体焊接区域的内部组织结构，减弱焊接过程中产生的内应力，提高刀片的焊接质量。

附图说明

图1为传统钨钢刀片的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为本发明中钨钢刀片的结构示意图；

图4为图3的侧视图。

示意图中的标号说明：

1、刀片基体；2、安装孔；3、钨钢合金；31、刀刃；32、凸起。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

参看图3和图4，本实施例的一种长使用寿命的钨钢刀片，为长条形结构。钨钢刀片包括刀片基体1和钨钢合金3，所述的刀片基体1包括如下质量百分比的组分：C 0.35％；Si 0.35％；Mn 0.55％；S 0.02％；P 0.025％；Cr 0.12％；Ni 0.25％；Cu 0.30％，余量为Fe和不可避免的杂质。

沿刀片基体1的长度方向间隔开设有安装孔2，刀片基体1宽度方向的两侧设置有凸起32，凸起32的横截面为方形结构，该凸起32的长与钨钢刀片的长度相同；所述钨钢合金3对应设置有凹槽，刀片基体1的凸起32与钨钢合金3的凹槽相配合，即凸起32插入钨钢合金3的凹槽中，且钨钢合金3与刀片基体1之间采用含银53％的焊条焊接固定。

值得说明的是，本实施例所述含银53％的焊条是指在市面上有售的含银50％的焊条(如Bag-7银焊条)基础上，将银含量提高到53％。发明人指出，为了解决现有钨钢刀片使用寿命短的问题，其将传统的钨钢刀片由单刃增加至钨钢刀片的上下左右4个拐角处均有刀刃31(参看图4)，如此一个刀刃损坏刀片使用厂家直接换成另一刀刃使用即可，也节省了换下修磨的时间，节省了用刀成本。但另一个不得不面对的问题则是，相对于传统在刀片基体1的一侧开设直角槽，钨钢合金3置于该直角槽中，与刀片基体1焊接为一体的方式，本实施例的刀片结构会给焊接带来很大难度，焊接处的强度很难满足实际使用要求。

为了解决这一问题，发明人首先在刀片基体1宽度方向的两侧设置了凸起32，该凸起32主要起一个辅助增强的作用，一方面在焊接过程中，该凸起32有利于刀片基体1和钨钢合金3的固定，更便于焊接操作；另一方面，在焊接之后该凸起32也能够起到一个辅助增强焊接区域强度的作用。

其次，发明人就在焊料上做了研究，正如在背景技术中所介绍，焊接工艺把握不好会存在强度低、裂纹、气孔、夹杂和氧化等一系列问题，发明人发现，市面上多使用含银20％-30％的焊条，刀片生产厂家很少会想到使用含银超过40％的焊条，究其原因主要是因为银的含量越高，焊条的售价越高。为了能够配合四刃新钨钢刀片结构，获得所需的焊接效果，发明人尝试使用市面上有售的含银50％的焊条，发现焊接效果得到了显著改善，但焊接区域的强度还是达不到要求，仍会存在钨钢合金3脱落的现象。为此，发明人继续从多方面尝试，将刀片基体1的组分配比、钨钢刀片的加工工艺以及焊条的含银量等多方面都做了调整，最终确定了一个较佳的技术方案，对刀片基体1的组分配比、钨钢刀片的加工工艺所做的调整会在下文介绍，焊条的含银量最终确定为53％最为合适。该含银量的焊条在700℃～750℃的焊接火焰温度下能很好熔解，而在此火焰温度下能有效避免焊接过程产生焊接裂纹、气孔和夹杂，从而确保刀片基体和钨钢合金可靠焊接，焊缝质量高，再加上刀片基体的两个凸起能起到辅助增强作用，钨钢刀片的机械强度完全能够达到使用要求。

本实施例的一种长使用寿命钨钢刀片的加工方法，其步骤为：

步骤一、原材料准备：刀片基体1包括如下质量百分比的组分：C 0.35％；Si 0.35％；Mn 0.55％；S 0.02％；P 0.025％；Cr 0.12％；Ni 0.25％；Cu 0.30％，余量为Fe和不可避免的杂质。钨钢合金3采用卢森堡森拉美德K30型钨钢。

步骤二、退火处理：将步骤一中的刀片基体1进行退火处理，退火温度为850℃，保温一段时间后降低温度为750℃，保温一段时间后随炉冷却到500℃出炉。保温时间与刀片基体1的尺寸参数相关，具体为：

H＝kX_p+(Y_p+Z_p)/2

上式中，H为保温时间，单位为min；k为调节系数；调节系数k的取值范围为0.005～0.065，其具体取值由技术人员视情况而定，但相同尺寸参数的刀片基体1原则上使用统一的调节系数，不同保温阶段的调节系数可以不同；X_p为刀片基体1的长度，单位为mm；Y_p为刀片基体1的宽度，单位为mm；Z_p为刀片基体1的厚度，单位为mm。刀片基体1长度X_p、宽度Y_p和厚度Z_p不要求精确测量，由技术人员在现场粗略确定即可。本实施例中刀片基体1的长为4000mm，宽为70mm，厚为10mm，调节系数k均取0.065。即刀片基体1进行退火处理，退火温度为850℃，保温5小时后降低温度为750℃，保温5小时后随炉冷却到500℃出炉。

本实施例对对退火工艺中的保温时间进行了科学设计，将其与刀片基体的尺寸参数相关联，克服了传统完全依靠技术人员经验控制保温时间的粗放模式，易导致不同炉次产品质量层次不齐的问题，经退火工艺后，刀片基体内部组织更加均匀，晶状结构更理想。

此外，退火工艺中，升温至退火温度的速率为：

V＝(T-T0)(Cr_wt+Mn_wt)

上式中，V为升温速率，单位为℃/min；T为退火温度，单位为℃，T0为初始温度，单位为℃，Cr_wt为锻造毛坯中Cr的质量百分比值，Mn_wt为锻造毛坯中Mn的质量百分比值。

本实施例在退火工序中，将退火升温速率与刀片基体中Mn和Cr的质量百分比值相关联，退火工艺配合刀片基体组分，能够使刀片基体的组织容易控制且稳定性好，在后续焊接过程中降低刀片基体产生焊接裂纹的可能性，同时也能够进一步确保钨钢刀片的直线度和垂直度。

步骤三、粗加工：经步骤二退火处理后，将刀片基体1和钨钢合金3制成留有精加工余量的工件，其粗加工工艺为：

1)铣刀片基体1的上下平面和两侧面；

2)对刀片基体1进行划线打孔；

3)校平机校正，然后在刀片基体1宽度方向的两侧磨出凸起32，在钨钢合金3磨出凹槽。磨出的凸起32的横截面为方形结构，该凸起32的宽和高均为0.5mm；同样地，所述凹槽的横截面也为方形结构，其宽和高也均为0.5mm。

步骤四、镶焊：

将经步骤三加工后的刀片基体1固定锁死，除去焊接区域表面油质、杂质和锈斑，并使刀片基体1和钨钢合金3的焊接面具有一定的粗糙度；然后将焊粉用水调成糊状涂在焊接表面，采用含银53％的焊条进行火焰焊接，焊接温度为720℃。

步骤四镶焊处理过后，需对钨钢刀片进行保温处理，将钨钢刀片置于电炉内进行保温处理，保温温度为50℃，保温时间为24小时，然后冷却出炉。该保温处理有助于进一步稳定刀片基体焊接区域的内部组织结构，减弱焊接过程中产生的内应力，提高刀片的焊接质量。

步骤五、钨钢刀片的粗磨：

1)采用普通砂轮将钨钢刀片的两平面磨到留有0.5mm的精加工余量；

2)采用金刚石粗砂轮将钨钢刀片的上下平面和两侧面磨到留有0.5mm的精加工余量；

步骤六、钨钢刀片的精加工：采用金刚石镜面砂轮对上下平面和两侧面进行精加工。

实施例2

本实施例的一种长使用寿命的钨钢刀片，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例的刀片基体1包括如下质量百分比的组分：C 0.52％；Si 0.21％；Mn 0.86％；S 0.02％；P 0.025％；Cr 0.23％；Ni 0.25％；Cu 0.30％，余量为Fe和不可避免的杂质。本实施例的钨钢合金3与刀片基体1之间采用含银56％的焊条焊接固定。

本实施例的一种长使用寿命钨钢刀片的加工方法，其步骤为：

步骤一、原材料准备：刀片基体1包括如下质量百分比的组分：C 0.52％；Si 0.21％；Mn0.86％；S 0.02％；P 0.025％；Cr 0.23％；Ni 0.25％；Cu 0.30％，余量为Fe和不可避免的杂质。钨钢合金3采用卢森堡森拉美德K30型钨钢。

步骤二、退火处理：将步骤一中的刀片基体1进行退火处理，退火温度为780℃，保温一段时间后降低温度为700℃，保温一段时间后随炉冷却到420℃出炉。保温时间与刀片基体1的尺寸参数相关，具体为：

H＝kX_p+(Y_p+Z_p)/2

上式中，H为保温时间，单位为min；k为调节系数；调节系数k的取值范围为0.005，X_p为刀片基体1的长度，单位为mm；Y_p为刀片基体1的宽度，单位为mm；Z_p为刀片基体1的厚度，单位为mm。

此外，退火工艺中，升温至退火温度的速率为：

V＝(T-T0)(Cr_wt+Mn_wt)

上式中，V为升温速率，单位为℃/min；T为退火温度，单位为℃，T0为初始温度，单位为℃，Cr_wt为锻造毛坯中Cr的质量百分比值，Mn_wt为锻造毛坯中Mn的质量百分比值。

步骤三、粗加工：经步骤二退火处理后，将刀片基体1和钨钢合金3制成留有精加工余量的工件，其粗加工工艺为：

1)铣刀片基体1的上下平面和两侧面；

2)对刀片基体1进行划线打孔；

3)校平机校正，然后在刀片基体1宽度方向的两侧磨出凸起32，在钨钢合金3磨出凹槽。磨出的凸起32的横截面为方形结构，该凸起32的宽和高均为0.3mm；同样地，所述凹槽的横截面也为方形结构，其宽和高也均为0.3mm。

步骤四、镶焊：

将经步骤三加工后的刀片基体1固定锁死，除去焊接区域表面油质、杂质和锈斑，并使刀片基体1和钨钢合金3的焊接面具有一定的粗糙度；然后将焊粉用水调成糊状涂在焊接表面，采用含银56％的焊条进行火焰焊接，焊接温度为700℃。

步骤四镶焊处理过后，需对钨钢刀片进行保温处理，将钨钢刀片置于电炉内进行保温处理，保温温度为90℃，保温时间为24小时，然后冷却出炉。

步骤五、钨钢刀片的粗磨：

1)采用普通砂轮将钨钢刀片的两平面磨到留有0.5mm的精加工余量；

2)采用金刚石粗砂轮将钨钢刀片的上下平面和两侧面磨到留有0.5mm的精加工余量；

步骤六、钨钢刀片的精加工：采用金刚石镜面砂轮对上下平面和两侧面进行精加工。

实施例3

本实施例的一种长使用寿命的钨钢刀片，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例的刀片基体1包括如下质量百分比的组分：C 0.46％；Si 0.27％；Mn 0.65％；S 0.02％；P 0.025％；Cr 0.18％；Ni 0.25％；Cu 0.30％，余量为Fe和不可避免的杂质。本实施例的钨钢合金3与刀片基体1之间采用含银51％的焊条焊接固定。

本实施例的一种长使用寿命钨钢刀片的加工方法，其步骤为：

步骤一、原材料准备：刀片基体1包括如下质量百分比的组分：C 0.46％；Si 0.27％；Mn0.65％；S 0.02％；P 0.025％；Cr 0.18％；Ni 0.25％；Cu 0.30％，余量为Fe和不可避免的杂质。钨钢合金3采用卢森堡森拉美德K30型钨钢。

步骤二、退火处理：将步骤一中的刀片基体1进行退火处理，退火温度为800℃，保温一段时间后降低温度为720℃，保温一段时间后随炉冷却到440℃出炉。保温时间与刀片基体1的尺寸参数相关，具体为：

H＝kX_p+(Y_p+Z_p)/2

上式中，H为保温时间，单位为min；k为调节系数；调节系数k的取值范围为0.015，X_p为刀片基体1的长度，单位为mm；Y_p为刀片基体1的宽度，单位为mm；Z_p为刀片基体1的厚度，单位为mm。

此外，退火工艺中，升温至退火温度的速率为：

V＝(T-T0)(Cr_wt+Mn_wt)

上式中，V为升温速率，单位为℃/min；T为退火温度，单位为℃，T0为初始温度，单位为℃，Cr_wt为锻造毛坯中Cr的质量百分比值，Mn_wt为锻造毛坯中Mn的质量百分比值。

步骤三、粗加工：经步骤二退火处理后，将刀片基体1和钨钢合金3制成留有精加工余量的工件，其粗加工工艺为：

1)铣刀片基体1的上下平面和两侧面；

2)对刀片基体1进行划线打孔；

3)校平机校正，然后在刀片基体1宽度方向的两侧磨出凸起32，在钨钢合金3磨出凹槽。磨出的凸起32的横截面为方形结构，该凸起32的宽和高均为0.4mm；同样地，所述凹槽的横截面也为方形结构，其宽和高也均为0.4mm。

步骤四、镶焊：

将经步骤三加工后的刀片基体1固定锁死，除去焊接区域表面油质、杂质和锈斑，并使刀片基体1和钨钢合金3的焊接面具有一定的粗糙度；然后将焊粉用水调成糊状涂在焊接表面，采用含银51％的焊条进行火焰焊接，焊接温度为730℃。

步骤四镶焊处理过后，需对钨钢刀片进行保温处理，将钨钢刀片置于电炉内进行保温处理，保温温度为60℃，保温时间为24小时，然后冷却出炉。

步骤五、钨钢刀片的粗磨：

1)采用普通砂轮将钨钢刀片的两平面磨到留有0.5mm的精加工余量；

2)采用金刚石粗砂轮将钨钢刀片的上下平面和两侧面磨到留有0.5mm的精加工余量；

步骤六、钨钢刀片的精加工：采用金刚石镜面砂轮对上下平面和两侧面进行精加工。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。