基于刀具刀刃处表面激光熔覆处理制备自磨刃刀具的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于刀具刀刃处表面激光熔覆处理制备自磨刃刀具的方法，包括以下步骤：(1)对刀具进行预处理；(2)以自熔性合金粉末为原料，通过激光熔覆工艺在预处理后刀具的刀刃的一侧表面形成熔覆层；所述激光熔覆工艺具体为：熔覆功率为1400‑1600W、送粉速度为1.4r/min、扫描速度为0.03m/s、激光的光斑直径为3.5mm。采用本发明专利技术方法制备的自磨刃刀具，其激光熔覆层与基体的结合强度高，熔覆层的耐磨性好、不存在开裂和搭接区软化的问题。由于在刀刃的其中一个表面设置了熔覆层，使刀刃两个表面的磨损程度不同，从而导致刀刃越磨越锋利，达到自磨刃的效果，大大提高了刀具的使用寿命。

A Method of Self-Grinding Tool Based on Laser Cladding on the Surface of Tool Edge

【技术实现步骤摘要】
基于刀具刀刃处表面激光熔覆处理制备自磨刃刀具的方法
本专利技术涉及农业机械
，具体涉及一种基于刀具刀刃处表面激光熔覆处理制备自磨刃刀具的方法。
技术介绍
刀具在农业领域的应用十分的广泛，比如耕地时常用的犁铧，割草时用的割草机，谷物收获时所用的收获机等等。但是农用刀具在经过长时间的使用之后会容易损坏，降低了农业机械的工作效率，进而影响农业的发展。目前国内外的农用刀具仍以单金属材料为主，国内的刀具普遍存在硬度、耐磨性不高、使用寿命较短的问题，常因为磨损严重而完全不能继续使用；而进口的刀具在国内使用时由于耕地内石块、金属等杂物较多，刀具本身性脆，多发生打刀现象而影响使用。刀具的损坏其实大部分集中在刀刃处，刀刃处会经常出现钝化、磨损严重甚至出现缺口等现象。每次更换刀具既费时又费力，严重影响工作效率。传统的工艺对刀刃处只是经过淬火处理，虽然提高了刀具的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，但是对于耕地内的复杂环境，其硬度、耐磨性等还是不太符合要求。为提高切刀的使用寿命及切削性能，自上世纪50年代以来，出现了自磨锐切刀，其基本原理是：刀片采用特殊设计或工艺，使之作业时由于土壤或农作物对刀刃两个刃面产生不同的磨损量，让厚度适当的刃口突出于前沿，较长时间保持较锋利的切割性能。由此可见，自磨锐是由于刀片工作过程中两刃面磨损程度不同形成的，就材料设计而言，刃口截面实现硬度变化导致磨损量差异是形成自磨锐的主要手段。目前，国内外对农机切刀自磨刃的强化措施主要集中在材料设计方面，但仍存在诸多的问题，例如：对于自磨锐刃口截面硬度、组织及成分未实现梯度变化，不同合金层间的结合强度较低，使用过程中容易开裂、剥落，影响使用效果；刃口硬化层和基体母材的磨损率的比例不好控制，若基体母材磨损快，刃口耐磨层突出，由于硬度高韧性差而极易崩刃，若耐磨层薄，磨损后难以获得优良的自磨锐效果，另外在自磨锐加工及强化过程中还会引起刀片的形变。因此，如何制备使用寿命长、自磨锐效果好的刀具仍是目前的技术难题。激光熔覆处理是利用激光束将熔覆合金粉末熔覆于刀片或者零件表面，形成在其硬化层的工艺方法。激光束对基材表层作用的深度较浅，作用的时间很短，工件变形相对其他方法小。但熔覆层与基体结合性差、熔覆层耐磨性差、易开裂，以及热影响区的软化问题，是制约激光熔覆工艺在制备自磨刃刀具中应用的主要问题，目前利用激光熔覆工艺制备自磨刃刀具还较少见有报道。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术的目的是提供一种基于刀具刀刃处表面激光熔覆处理制备自磨刃刀具的方法。采用本专利技术方法制备的自磨刃刀具，其激光熔覆层与基体的结合强度高，熔覆层的耐磨性好、不存在开裂和搭接区软化的问题。由于在刀刃的其中一个表面设置了熔覆层，使刀刃两个表面的磨损程度不同，从而导致刀刃越磨越锋利，达到自磨刃的效果，大大提高了刀具的使用寿命。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一方面，提供一种基于刀具刀刃处表面激光熔覆处理制备自磨刃刀具的方法，包括以下步骤：(1)对刀具进行预处理；(2)以自熔性合金粉末为原料，通过激光熔覆工艺在预处理后刀具的刀刃的一侧表面形成熔覆层；所述激光熔覆工艺具体为：熔覆功率为1400-1600W、送粉速度为1.4r/min、扫描速度为0.03m/s、激光的光斑直径为3.5mm。优选的，步骤(1)中，所述预处理的方法为：对刀具刀刃处待熔覆区域进行清理打磨，除去待熔覆处表面残留的粉尘、油污及氧化层，使其露出新鲜金属。优选的，步骤(2)中，所述自熔性合金粉末由镍基合金粉末、碳化钨粉末和碳化钛粉末按重量比为(8-10)：(2-4)：(1-2)组成。其中：所述镍基合金粉末以质量百分比计，其原料组成为：Cr：15％、B：3.2％、Si：4％、Fe：8％、C：0.4％，余量为Ni；所述碳化钨粉末以质量百分比计，其原料组成为：C：8-12％、Fe：0.06-0.08％，余量为W。所述碳化钛粉末以质量百分比计，其原料组成为：C：20-24％、Al：0.04-0.08％、Nb：1-3％，余量为Ti。自熔性合金粉末的原料组成会直接影响熔覆层的性能，本专利技术的自熔性合金粉末是由镍基合金粉末、碳化钨粉末和碳化钛粉末按一定的重量比配制而成，其中：Ni基合金粉末具有韧性、抗冲击性能、耐腐蚀性，且Ni基自熔性合金润湿性好，有利于增强基材与熔覆层增强相的润湿性，提高机体与熔覆层冶金结合性；Ni基合金粉末中的B、Si能够显著降低合金熔点，扩大固液相线温度区，形成低熔共晶体，对熔覆层的硬度具有强化作用，还有利于脱氧造渣、除气，提高熔覆层表面质量；Cr能够起到固溶强化作用，提高耐腐蚀性能和抗高温氧化性能，还可以与C、B形成硬质相从而提高合金硬度和耐磨性。碳化钨粉末具有高熔点、高硬度、生成自由能较低的特点；碳化钛粉末具有极高的耐磨性和抗扩散性好的特点；将镍基合金粉末、碳化钨粉末和碳化钛粉末复配使用，可以起到弥散强化的效果和异质形核的作用，使形成的熔覆层具有硬度高、耐磨损以及一定的耐高温等性能优点。进一步的，所述自熔性合金粉末在激光熔覆之前还包括球磨的步骤，所述球磨具体为：将镍基合金粉末、碳化钨粉末和碳化钛粉末按重量比置于球磨罐中，密封抽真空，然后通入氩气保护进行球磨，球磨时间为4-6h。优选的，经球磨处理后的自熔性合金粉末的尺寸为200-300目。自熔性合金粉末在球磨处理过程中会不断的碰撞挤压，颗粒直径不断减小，特别是脆性的TiC颗粒将得到细化，经熔覆后会均匀的分布在熔覆层组织中；经球磨后，自熔性合金粉末颗粒在粒径减小的同时表面能不断增加，在熔覆过程中活性增大，易于形成致密组织，减少缩松、气孔等缺陷的存在。优选的，所述熔覆层的厚度为0.4-0.5mm。本专利技术的第二方面，提供上述方法制备的自磨刃刀具。优选的，所述自磨刃刀具刀刃的一侧表面设有熔覆层，所述熔覆层的厚度与刀具基体母材的厚度比为1：(4-6)。优选的，所述自磨刃刀具材料为65Mn。刃口硬化层和基体母材的磨损率的比例会影响刀具的自磨刃效果，若基体母材磨损快，刃口耐磨层突出，由于硬度高韧性差而极易崩刃，若耐磨层薄，磨损后难以获得优良的自磨锐效果。经试验发现，将熔覆层的厚度与刀具基体母材的厚度比控制在1：(4-6)，其自磨锐效果最优。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术采用激光熔覆工艺对刀具刀刃的一侧表面进行了处理，形成了熔覆层，相对于基体母材，熔覆层材料的硬度较高，随着刀具的不断使用，刀刃未设有熔覆层的一层表面由于耐磨性较低而逐渐磨损脱落，而刀刃设有熔覆层的一侧表面由于耐磨性较高而磨损很小，这样周而复始，由于刀刃两侧表面的磨损程度不同导致刀刃越磨越锋利，从而达到自磨刃的效果。(2)本专利技术对自熔性合金粉末的组成和激光熔覆工艺进行了优选，采用本专利技术方法制备的熔覆层的硬度高、耐磨损性能好，熔覆层与与基体的结合强度高，且不存在开裂和搭接区软化的问题。(3)本专利技术对熔覆层与基体母材的厚度比进行了优化，显著提高了刀具的自磨锐效果。附图说明图1：本申请实施例提供的一种刀具刀刃处表面激光熔覆的方法流程示意图。图2：本申请实施例提供的一种刀具刀刃处表面激光熔覆处理后的刀具的结构示意图；图中，1-刀体，2-熔覆纹路，3-螺栓孔，4-刀刃。图3：熔覆层的微观组织形貌图。图4：熔覆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于刀具刀刃处表面激光熔覆处理制备自磨刃刀具的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对刀具进行预处理；(2)以自熔性合金粉末为原料，通过激光熔覆工艺在预处理后刀具的刀刃的一侧表面形成熔覆层；所述激光熔覆工艺具体为：熔覆功率为1400‑1600W、送粉速度为1.4r/min、扫描速度为0.03m/s、激光的光斑直径为3.5mm。

【技术特征摘要】
1.一种基于刀具刀刃处表面激光熔覆处理制备自磨刃刀具的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对刀具进行预处理；(2)以自熔性合金粉末为原料，通过激光熔覆工艺在预处理后刀具的刀刃的一侧表面形成熔覆层；所述激光熔覆工艺具体为：熔覆功率为1400-1600W、送粉速度为1.4r/min、扫描速度为0.03m/s、激光的光斑直径为3.5mm。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述预处理的方法为：对刀具刀刃处待熔覆区域进行清理打磨，除去待熔覆处表面残留的粉尘、油污及氧化层，使其露出新鲜金属。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述自熔性合金粉末由镍基合金粉末、碳化钨粉末和碳化钛粉末按重量比为(8-10)：(2-4)：(1-2)组成。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述镍基合金粉末以质量百分比计，其原料组成为：Cr：15％、B：3.2％、Si：4％、Fe：8％、C：0.4％，余量为Ni；所述碳化钨粉末以质量百分比计，...

【专利技术属性】
技术研发人员：许令峰，田冲，李法德，宋月鹏，刘腾，袁恒泰，刘乐民，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37