一種用于收割機(jī)刀片的合金鋼及其加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于收割機(jī)刀片的合金鋼及其加工方法，屬于材料領(lǐng)域。該合金鋼的組分及質(zhì)量百分比為：C：1.2-1.4%；Mn：16-18%；Si：0.35-0.45%；S：≤0.020%；P：≤0.035%；Mo：0.35～0.55%；Sc2O3：0.04-0.08%；余量為Fe。本發(fā)明采用高碳、高猛的設(shè)計(jì)，硬度高，同時(shí)通過添加與控制Si、Mo和Sc2O3的含量，改善其韌性，避免裂紋的產(chǎn)生與工作時(shí)脆斷情況的發(fā)生。該合金鋼生產(chǎn)出來的刀片不但可以收割麥秸稈，同時(shí)還可以剪碎小型磚頭和石子，這樣才能真正的解決刀片碰到石子時(shí)產(chǎn)生的報(bào)廢問題。
【專利說明】一種用于收割機(jī)刀片的合金鋼及其加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體地說，涉及一種用于收割機(jī)刀片的合金鋼及其加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聯(lián)合收割機(jī)是由塞勒斯?麥考密克發(fā)明的。聯(lián)合收割機(jī)是一體化收割農(nóng)作物的機(jī)械。一次性完成收割、脫粒，并將谷粒集中到儲(chǔ)藏倉，然后在通過傳送帶將糧食輸送到運(yùn)輸車上。也可用人工收割，將稻、麥等作物的禾桿鋪放在田間，然后再用谷物收獲機(jī)械進(jìn)行撿拾脫粒。收獲稻、麥等谷類作物子粒和秸桿的作物收獲機(jī)械。包括收割機(jī)、割曬機(jī)、割捆機(jī)、谷物聯(lián)合收割機(jī)和谷物脫粒機(jī)等。谷物收獲機(jī)械是在各種收割、脫粒工具的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。
[0003]聯(lián)合收割機(jī)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用越來越普遍，尤其是小麥，小麥的收割采用聯(lián)合收割機(jī)的面積已經(jīng)占 到了小麥種植面積的97%以上。而聯(lián)合收割機(jī)在工作過程中，最容易磨損的一個(gè)部件就是刀片，在切割過程中遇到石塊、樹根等硬物；護(hù)刃器松動(dòng)或變形，使定刀片高低不一致；刀片鉚釘松動(dòng)，切割時(shí)相碰等都可能引起切割刀片損壞。為預(yù)防刀片損壞，操作時(shí)一般都應(yīng)注意切割器前面的障礙物，防止刀片切割鐵絲等硬物，或者與石塊、電線桿、木樁等相撞。保養(yǎng)時(shí)，要經(jīng)常檢查和調(diào)整護(hù)刃器，使定刀片在同一水平面內(nèi)，松動(dòng)的刀片要及時(shí)鉚緊。
[0004]但這種保養(yǎng)方式只是技術(shù)人員的一廂情愿，因?yàn)殡娋€桿和木樁等大型障礙物是駕駛員可以避免的，但是對于隱藏在麥秸中的石塊、磚塊和鐵絲，則是無法避免的。而且在實(shí)際收割的過程中，麥田里很容易有較多的碎磚塊或小型石塊，刀片損壞大部分都是因?yàn)楹退榇u塊或小型石塊發(fā)生了碰撞，這不但造成了刀片的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也降低了聯(lián)合收割機(jī)的工作效率，對于農(nóng)忙時(shí)節(jié)的搶收帶來不利影響。聯(lián)合收割機(jī)刀片的形狀如圖1所示，為一個(gè)長方形的底座加上一個(gè)三角形的凸起組成，長方形的底座上設(shè)有螺孔，三角形的凸起的兩邊設(shè)有鋸齒狀刀刃，現(xiàn)有設(shè)計(jì)都是在刀片的形狀或者結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)或者是對刀刃的形狀進(jìn)行改進(jìn)，而要解決小麥聯(lián)合收割機(jī)刀片損壞的問題關(guān)鍵是開發(fā)一種新的材料，要具有較高的強(qiáng)度和韌度，該材料所加工的刀片要不但可以收割麥秸桿，同時(shí)還可以剪碎小型磚頭和石子，這樣才能真正的解決刀片碰到石子時(shí)導(dǎo)致報(bào)廢的問題，而不能是一味的強(qiáng)調(diào)盡量避免小型磚頭和石子，因?yàn)閷τ谥袊厥獾霓r(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)和實(shí)際國情，這些小型磚頭和石子在實(shí)際操作中是無法避免的。
[0005]例如中國專利申請?zhí)?01210471451.4，
【公開日】2013年3月6日，公開了一份名稱為一種適于收割柔韌性強(qiáng)的植物的收割機(jī)刀片的專利申請文件，該發(fā)明整體呈箭形，包括尖％5、尾尖％5設(shè)有頭部，所述頭部為二角形，在尖〗而與尾〗而之間的兩側(cè)部位由平刃與半月刃交替設(shè)置，所述平刃與半月刃的厚度均延兩邊方向漸薄至兩邊成刃，其中，所述平刃與半月刃朝尖端方向的邊相互平形，所述半月刃朝尾端的弧線邊兩端相連之弦與平刃朝尾端的邊平行。該發(fā)明根據(jù)柔軟韌性強(qiáng)的秸桿的特點(diǎn)，將收割機(jī)刀片設(shè)計(jì)成平刃與半月刃的結(jié)構(gòu)，可有效提聞收割率，有利于提聞農(nóng)業(yè)生廣的效率。但是該專利忽視了實(shí)際操作，沒有考慮到田間地頭的瓦片、石子和磚頭對刀片壽命的影響。
[0006]中國專利申請?zhí)?201310082221.3，
【公開日】2013年7月17日，公開了一份名稱為一種高耐磨平地機(jī)刀片及其制備方法的專利文件，其元素組成及重量百分比分別為:C:0.25 ~0.27%, Al:0.4 ~0.6%, Mn:0.8 ~1%,W:1.5 ~2%，S1-B-C-N 納米非晶粒子:0.5 ~0.7%，B ：≤ 0.0032%, P 0.015%，S 0.015%，余量為Fe。制備方法為:電爐煉鋼，鐵水脫硫磷，轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉，真空脫氣處理，沖入法壓入S1-B-C-N納米非晶粒子，澆鑄刀片板坯，刀片板坯降溫至1250~1270°C保溫I~2小時(shí)，降溫至960~980°C油淬，300°C回火后速冷，得到平地機(jī)刀片。該發(fā)明具有優(yōu)良的強(qiáng)度、韌性和硬度匹配，耐磨性較高，并且制備方法簡便，成本低，生產(chǎn)效率高。但是該專利只是增加了耐磨的作用，也忽視了實(shí)際工作中，刀片不是因?yàn)殚L久工作而磨損，更多的是因?yàn)椴荒蜎_擊，導(dǎo)致刀片的報(bào)廢。
[0007]也有人在嘗試將刀片的材料采用高錳鋼，其碳含量較高，其化學(xué)成分為:C:
0.90 ~1.50% ；Mn:10.0 ~15.0% ；S1:0.30 ~1.0% ；S ( 0.05% ；P ( 0.10%。上述成分的高錳鋼的鑄態(tài)組織通常是由奧氏體、碳化物和珠光體所組成。碳化物數(shù)量多時(shí)，常在晶界上呈網(wǎng)狀出現(xiàn)。因此鑄態(tài)組織的高錳鋼很脆，無法使用，需要進(jìn)行固溶處理。高錳鋼極易加工硬化，因而很難加工，絕大多數(shù)是鑄件，極少量用鍛壓方法加工。所以高錳鋼的性能可以滿足刀片剪碎小型磚頭和石子的要求，但是無法加工出刀片的形狀，尤其是鋸齒狀刀刃加工困難，最核心的是加工出的刀片不夠鋒利，無法割斷小麥的秸桿。所以該材料在聯(lián)合收割機(jī)的刀片設(shè)計(jì)中也不是最佳的方案。
[0008]現(xiàn)在急需設(shè)計(jì)一種新的材料，該材料加工的刀片需要抗沖擊能力強(qiáng)，耐磨損，在快速剪斷小麥秸桿的同時(shí)，還要能在剪切小型磚塊時(shí)保持材料不損傷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0010]針對現(xiàn)有材料制作的聯(lián)合收割機(jī)刀片容易損壞，沒有更合適的材料的問題，提供一種用于收割機(jī)刀片的合金鋼及其加工方法，該合金鋼生產(chǎn)出來的刀片不但可以收割麥秸桿，同時(shí)還可以剪碎小型磚頭和石子，這樣才能真正的解決刀片碰到石子時(shí)產(chǎn)生的報(bào)廢問題。
[0011]2.技術(shù)方案
[0012]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。
[0013]一種用于收割機(jī)刀片的合金鋼，其組分及質(zhì)量百分比為:
[0014]C:1.2-1.4%;
[0015]Mn:16-18% ；
[0016]S1:0.35-0.45% ;
[0017]S 0.020% ；
[0018]P 0.035% ；
[0019]Mo:0.35 ~0.55% ；
[0020]Sc2O3:0.04-0.08% ；
[0021]余量為Fe。[0022]優(yōu)選地，其組分及質(zhì)量百分比為:
[0023]C:1.3% ；
[0024]Μη: 17%;
[0025]Si:0.40% ；
[0026]S:≤ 0.020%;
[0027]P:≤ 0.035%;
[0028]Mo:0.45% ；
[0029]Sc203:0.06% ；
[0030]余量為Fe。
[0031]更優(yōu)選地，其組分及質(zhì)量百分比為:
[0032]C:1.4% ；
[0033]Μη: 16%;
[0034]Si:0.45% ；
[0035]S:≤ 0.020%;
[0036]P:≤ 0.035%;
[0037]Mo:0.35% ；
[0038]Sc203:0.08% ；
[0039]余量為Fe。
[0040]一種用于收割機(jī)刀片的合金鋼的加工方法，采用上面所述的一種用于收割機(jī)刀片的合金鋼在加工成所需要的工件形狀時(shí)先加熱到710-790°C，保溫30-50min，然后使用車床車出所需要的工件形狀，在車的過程中注意保持材料的溫度始終在650°C以上，溫度不足則立即加熱到710-790°C之間。這個(gè)溫度范圍的材料沒有加工硬化的特性。
[0041]本發(fā)明是采用高碳、高猛的設(shè)計(jì)，硬度高，同時(shí)通過添加與控制S1、Mo和Sc203的含量，改善其韌性，避免裂紋的產(chǎn)生與工作時(shí)脆斷情況的發(fā)生，本發(fā)明制備的工件表面發(fā)生塑性變形時(shí)，在變形層內(nèi)會(huì)有明顯的加工硬化現(xiàn)象，表層硬度大幅度提高，同時(shí)位錯(cuò)密度大量增加，位錯(cuò)的交割、位錯(cuò)的塞積及位錯(cuò)和溶質(zhì)原子的交互作用使工件得到強(qiáng)化。同時(shí)由于本發(fā)明材料的奧氏體的層錯(cuò)能低，形變時(shí)容易出現(xiàn)堆垛層錯(cuò)，從而為ε馬氏體的形成和形變孿晶的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。本發(fā)明的強(qiáng)度、塑性和韌性均大幅度改善，所制備的刀片經(jīng)過熱處理之后，不但可以收割麥秸桿，同時(shí)還可以剪碎小型磚頭和石子，解決了刀片碰到石子時(shí)產(chǎn)生的報(bào)廢問題。
[0042]3.有益效果
[0043]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下顯著優(yōu)點(diǎn):
[0044](1)本發(fā)明采用高碳、高猛的設(shè)計(jì)，硬度高，同時(shí)通過添加與控制S1、Mo和Sc203的含量，改善其韌性，避免裂紋的產(chǎn)生與工作時(shí)脆斷情況的發(fā)生；
[0045](2)本發(fā)明制備的工件表面發(fā)生塑性變形時(shí)，在變形層內(nèi)會(huì)有明顯的加工硬化現(xiàn)象，表層硬度大幅度提高，同時(shí)位錯(cuò)密度大量增加，位錯(cuò)的交割、位錯(cuò)的塞積及位錯(cuò)和溶質(zhì)原子的交互作用使工件得到強(qiáng)化；同時(shí)由于本發(fā)明材料的奧氏體的層錯(cuò)能低，形變時(shí)容易出現(xiàn)堆垛層錯(cuò)，從而為ε馬氏體的形成和形變孿晶的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件，所加工的刀片具有較高的強(qiáng)度、塑性和韌性，不但可以收割麥秸桿，同時(shí)還可以剪碎小型磚頭和石子，解決了刀片碰到石子時(shí)易產(chǎn)生的報(bào)廢問題，壽命長；
[0046](3)本發(fā)明的原料簡單，成本低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0047]圖1為實(shí)施例中所要加工的工件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048]下面結(jié)合具體的實(shí)施例以刀片為例來說明本發(fā)明的性能。
[0049]實(shí)施例1
[0050]一種用于收割機(jī)刀片的合金鋼制備一個(gè)如圖1所示的收割機(jī)刀片，其步驟為:
[0051](I)原材料的準(zhǔn)備:
[0052]其組分及質(zhì)量百分比為:C:1.3%, Mn:17%, S1:0.40%、S:≤ 0.020%、P:≤ 0.035%、Mo:0.45%、Sc2O3:0.06%、余量為 Fe。
[0053](2)毛坯的制備:
[0054]將步驟(1)中的材料配比后鑄造成刀片的初始形狀，即一個(gè)長方形的底座加上一個(gè)三角形的凸起組成，長方形的底座上設(shè)有螺孔；
[0055](3)鋸齒狀刀刃的加工:
[0056]將步驟(2)中得到的毛坯加熱到750°C，保溫45min，然后使用車床車出鋸齒狀刀刃，在加工的過程中注意保持毛坯的溫度始終在650°C以上，溫度不足則立即加熱到710-790°C之間；鋸齒狀刀刃保留0.6mm的余量，此處的余量為為步驟(6)考慮，余量過大則加工困難，余量過小則達(dá)不到加工硬化的目的；得到毛坯工件；發(fā)明所采用的材料比較難加工，只有在此溫度范圍內(nèi)才能進(jìn)行機(jī)加工；
[0057](4)毛坯工件的熱處理:
[0058]將步驟(3)中得到的毛坯工件，先以70°C /h的升溫速度加熱到260°C，保溫1.5h，然后再以90°C /h的升溫速度加熱到600°C，保溫0.8h，再以130°C /h的升溫速度加熱到1100°C，保溫1.2h后淬火，水淬；在工件入水前，水的溫度為28°C，工件放入水中5min后，水溫為41°C ;
[0059](5)毛坯工件的深冷處理:
[0060]將步驟(4)中處理后的毛坯工件進(jìn)行深冷處理，深冷處理的溫度為_200°C，保持
1.5h，然后在220°C的溫度下進(jìn)行回火，回火時(shí)升溫速度為80°C /h ;經(jīng)過步驟(4)和步驟
(5)處理后，工件的強(qiáng)度、塑性和韌性均大幅度提高；
[0061](6)毛坯工件的精磨:
[0062]將步驟(5)中得到的工件鋸齒狀刀刃進(jìn)行精磨，得到小麥聯(lián)合收割機(jī)的刀片。此處是借助精磨的過程中，工件表面發(fā)生塑性變形，在變形層內(nèi)有明顯的加工硬化現(xiàn)象，表層硬度大幅度提高，同時(shí)位錯(cuò)密度大量增加，位錯(cuò)的交割、位錯(cuò)的塞積及位錯(cuò)和溶質(zhì)原子的交互作用使工件得到強(qiáng)化。同時(shí)由于本發(fā)明材料的奧氏體層錯(cuò)能低，形變時(shí)容易出現(xiàn)堆垛層錯(cuò)，從而為ε馬氏體的形成和形變孿晶的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。本發(fā)明的強(qiáng)度、塑性和韌性均大幅度改善，本實(shí)施例得到的小麥聯(lián)合收割機(jī)刀片不但可以收割麥秸桿，同時(shí)還可以剪碎小型磚頭和石子，解決了刀片碰到石子時(shí)產(chǎn)生的報(bào)廢問題。[0063]與本實(shí)施例采用相同原料和相同工藝加工的一個(gè)試驗(yàn)用工件的的力學(xué)性能為:σ b900MPa ；ψ25% ； a k304J/cm2 ;ΗΒ235。本實(shí)施例的刀片的硬度為ΗΒ237，刀刃處的硬度為ΗΒ242。使用時(shí)，多次剪碎小石子，仍能繼續(xù)使用。
[0064]實(shí)施例2
[0065]同實(shí)施例1，所不同的是步驟(1)中原料的組分及質(zhì)量百分比為:C:1.2%、Mn:18%、Si:0.35%、S 0.020%、P..( 0.035%、Mo:0.55%、Sc203:0.04%、余量為 Fe。步驟(3)中是將步驟(2)中得到的毛坯加熱到710°C，保溫50min，然后使用車床車出鋸齒狀刀刃，在加工的過程中注意保持毛坯的溫度始終在650°C以上，溫度不足則立即加熱到710-790°C之間；鋸齒狀刀刃保留0.6mm的余量；步驟(4)中將步驟(3)中得到的毛坯工件，先以60°C /h的升溫速度加熱到300°C，保溫lh，然后再以100°C /h的升溫速度加熱到560°C，保溫lh，再以120°C /h的升溫速度加熱到1130°C，保溫lh后淬火，水淬；在工件入水前，水的溫度為35°C，工件放入水中5min后，水溫為43°C;步驟(5)中將步驟(4)中處理后的毛坯工件進(jìn)行深冷處理，深冷處理的溫度為_190°C，保持2h，然后在200°C的溫度下進(jìn)行回火，回火時(shí)升溫速度為90°C /h。本實(shí)施例得到的小麥聯(lián)合收割機(jī)刀片不但可以收割麥秸桿，同時(shí)還可以剪碎小型磚頭和石子，解決了刀片碰到石子時(shí)產(chǎn)生的報(bào)廢問題。本實(shí)施例的刀片的硬度為HB231，使用時(shí)可以輕易的剪碎小石子，而且還能繼續(xù)使用。
[0066]實(shí)施例3
[0067]同實(shí)施例1，同實(shí)施例1，所不同的是步驟(1)中原料的組分及質(zhì)量百分比為:C:
1.4%、Μη:16%、S1:0.45%、S..( 0.020%、P..( 0.035%、Mo:0.35%、Sc203:0.08%、余量為 Fe。步驟(3)中是將步驟(2)中得到的毛坯加熱到790°C，保溫30min，然后使用車床車出鋸齒狀刀刃，在加工的過程中注意保持毛坯的溫度始終在650°C以上，溫度不足則立即加熱到710-790°C之間；鋸齒狀刀刃保留0.6mm的余量；步驟(4)中將步驟(3)中得到的毛坯工件，先以90°C /h的升溫速度加熱到200°C，保溫2h，然后再以80°C /h的升溫速度加熱到630°C，保溫0.5h，再以150°C /h的升溫速度加熱到1090°C，保溫1.5h后淬火，水淬；在工件入水前，水的溫度為25°C，工件放入水中5min后，水溫為35°C ;步驟(5)中將步驟(4)中處理后的毛坯工件進(jìn)行深冷處理，深冷處理的溫度為_203°C，保持lh，然后在240°C的溫度下進(jìn)行回火，回火時(shí)升溫速度為70°C /h。本實(shí)施例得到的小麥聯(lián)合收割機(jī)刀片不但可以收割麥秸桿，同時(shí)還可以剪碎小型磚頭和石子，解決了刀片碰到石子時(shí)產(chǎn)生的報(bào)廢問題。本實(shí)施例的刀片的硬度為HB236，使用時(shí)可以輕易的剪碎小石子，而且還能繼續(xù)使用。
【權(quán)利要求】
1.一種用于收割機(jī)刀片的合金鋼，其組分及質(zhì)量百分比為:
C:1.2-1.4% ；
Mn:16-18% ；
S1:0.35-0.45% ；
S:≤ 0.020% ；
P:≤ 0.035% ；
Mo:0.35 ~0.55% ；
Sc2O3:0.04-0.08% ； 余量為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于收割機(jī)刀片的合金鋼，其特征在于，其組分及質(zhì)量百分比為:
C:1.3% ；
Mn:17% ；
S1:0.40% ；
S:≤ 0.020% ；
P:≤ 0.035% ；
Mo:0.45% ；
Sc2O3:0.06% ； 余量為Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于收割機(jī)刀片的合金鋼，其特征在于，其組分及質(zhì)量百分比為:
C:1.4% ；
Mn:16% ；
S1:0.45% ；
S:≤ 0.020% ；
P:≤ 0.035% ；
Mo:0.35% ；
Sc2O3:0.08% ； 余量為Fe。
4.一種用于收割機(jī)刀片的合金鋼的加工方法，其特征在于，權(quán)利要求1-3中所述的一種用于收割機(jī)刀片的合金鋼在加工成所需要的工件形狀時(shí)先加熱到710-790°C，保溫30-50min，然后使用車床車出所需要的工件形狀，在車的過程中注意保持材料的溫度始終在650°C以上，溫度不足則立即加熱到710-790V之間。
【文檔編號(hào)】C22C38/12GK103643114SQ201310733081
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】陳迎軍, 申文浩, 季承璽, 徐震霖, 林楠, 魏周 申請人:魏周