刀具用／／不锈钢复合板的热轧和性能
对于日常生活使用的刀剪产品而言,人们既需要有持久的锋利度和耐磨性,又希望刃口用钝后便于修磨。由高碳钢、马氏体型不锈钢等单-一材料制成的刀剪产品,很难满足既有较高单项指标(锋利度.耐磨性),又有良好的综合性能(韧性、加工性能)的要求。但由两种或两种以上材料组成的复合钢板可以根据使用要求进行设计,是国产刀具以高档次、优品质进入国际市场"。
轧制复合试验研究
制造刀剪产品的复合钢材料由基板(即基体钢)和复板(刃口钢)复合而成。基板要具备较好的韧性及加工性能,试验中选用厚20mm,宽mm的热轧(OCr18Ni9)奥氏体不锈钢作为基板[2.3]，其化学成分如表1所示;复板要具有较高的硬度和锋利度以及耐磨性能(持久锋利度),试验中采用了厚3.5mm,宽mm的冷轧(7Cr17)不锈钢板作为复合板的复板材料+,其化学成分如表1所示。
轧制复合试验研究
组坯焊接
由于在极大的压力下,复板,基板很容易发生错动,从而降低复合强度,同时为了防止加热和轧制过程中发生氧化,轧制前需将它们焊接起来,在复合板后部还要预留一个排气孔,以便在轧制过程中排出残留在基板和复板间的气体(图1)。
加热温度和压下规程的确定
不锈钢的热加工塑性温度区间是~℃,不锈钢的热加工塑性温度区间是~0℃5]。为了更好地降低变形抗力和提高塑性,有利于两种金属通过热轧达到相互间的原子结合,加热温度应尽量高—些,本试验中选取的加热温度为0℃,保温15min。复合金属轧制首道次变形量必须很大,以促进组元的冶金结合,提高结合强度。实践中发现对于某些材料如NI//Cu复合材料经2个大压下备道次还不能复合,只有经过一定的变形版-少后未社良好复合6]。鉴于此,采用如下轧制
组织礼创下量为31.5mm,4道次平均分配完成.郅后公板厚度为12mm,总压下率为72.4%,试验中将初次复合定义为1火轧制。
(2)不锈钢复合板二次复合。将1火轧制的复合板再次加热至0℃保温15min,在轧制力为OkN的中mm热轧机上进行轧制。第12.3道次压下量分别为4.4、2mm,最终板料断面尺寸为mmx2mm。此次复合轧制定义为2火轧制。
复合板力学性能研究
拉伸试验
试验采用平板式试样，试验结果如表2所示。
由试验结果可得,1火轧制后试样拉断后的断口成剪切状,没有明显的颈缩现象,为脆性断裂,同时该拉断后试样在基板与复板之间出现分层现象，表明界面结合是不牢固的;2火轧制后试样没有出现分层现象,说明轧制过程中的加热次数及轧制总变形量对复合板的界面结合强度及材料塑性有较大的影响。
弯曲试验
试样的取样方向、部位按照GB-和GB执行。试样尺寸的测量、试验设备和试验条件按照GB-执行,试样加工成长条状,试验结果见表2。
1火和2火轧制的试样在弯曲后均未发生分层现象,但Ⅰ火轧制的试样在弯曲处出现了少量细徵的裂纹,这一现象也说明复合板的成形性与轧制过程中的加热次数有关。
维氏硬度
试验中采用0.5kg的载荷,保持10s后卸载进行测量。由于2火轧制试样为最终用于生产的复合板,所以只研究了其基板与复板的硬度分布,试验过程中取点位置如图2所示。
从表1可知,不锈钢具有较高的碳含量,所过程中还伴有加工硬化的作用,所以热轧过程中的塑性变形也使硬度相应的提高。
金相组织分析
由图3(a)可见,复合板晶粒大小不均匀。这是复合板晶粒的大小不均。另外塑性变形不够大,使界面间金属没有实现冶金结合,故复合界面的结合线清晰可见,1火轧制试样拉断后出现的分层现象的界面,两板间的晶粒相互穿过界面实现了真正的冶金结合。
扫描电镜观察
选取两火轧制试验进行扫描电镜试验,以观察横截面上依次选取垂直于横截面方向的8个点,对点进行成分分析,取点位置如图3(c)所示。根据各点能谱数据作出了2火试样各元素原子百分比变化趋势图,如图4所示。
从试验结果可以看出,基板和复板的铬含量比较接近,所以铬的扩散现象并不明显(图4a)。复合板两侧基板的镍元素含量有一定的降低,而中间复板镍元素的含量则有了明显的升高(图4c)。这是由于基板和复板中镍元素的含量相差较大,从而使镍元素由基板向复板扩散造成的。镍元素可以提高不锈钢的淬透性和可淬性,同时还可以提高马氏体不锈钢的回火稳定性,所以少量的镍可有效地降低马氏体不锈钢回火的软化程度。因而,镍元素的扩散,增加了马氏体不锈钢的淬透性和可淬性,进一步提升复合板的复板硬度。
从图4(d)可见,复板中锰元素含量有所下降，这对复合板的硬度会产生一定的影响。锰元素是奥氏体形成元素,锰元素的减少会使奥氏体相区减小，马氏体转变过程中M、点上移和残余奥氏体量减少,M、点的上移增大了马氏体转变的过冷度,从而获得更多的马氏体组织。锰含量减少1%,M。点会提升33℃,并且奥氏体量会减少20%。因而锰元素含量下降,会对两火轧制的复合板中马氏体含量的增加、硬度的提高起到一定的促进作用。所以尽管轧制过程中复合板的复板碳含量有一定降低,但因为上述两个因素的作用,复合板的硬度并没有明显的下降。
结论
两火轧制后//不锈钢复合板界面实现了冶金结合,界面结合牢固。两火轧制后的基、复板厚度均匀,复板硬度较高,满足刀具使用要求。