热处理对刀具的影响 －热处理技术探讨

damasteelfan

刀具的灵魂是热处理

本文的目的： 抛砖引玉，希望刀匠们、DIYer们在讨论中提高刀具完*水平

刀具热处理讨论系列之一，热处理对刀具完*工艺的影响

热处理对刀具完*工艺的影响源自热处理前后钢材的加工性能，以及热处理可能产生变形。
比如，先热处理，以后的下料、钻孔、打磨会比较困难； 后热处理，则热处理变形问题可能导致前功尽弃。因此，热处理对刀具完*工艺的影响需要仔细、认真的考虑。此外，受影响的还有可用加工设备、钢材是否容易热处理变形……等等因素。

所以，热处理时机的选择，是一种博弈，如何以相对最小的损失，获得最大的成功可能。

1. 先期热处理的优缺点
  定义：先期热处理，指热处理在刀条打磨出形前任何阶段进行。
  优点：
  a. 有效避免热处理变形损失
    实例见 http://www.knifriend.com/viewthread.php?tid=117809&extra=page%3D1
  b. 表面脱碳、氧化层的大部分可在随后的机械加工**去除，比如刀刃打磨部分
  c. 热处理需要外加工时不敏感，可充分利用外协技术、设备、经验
  缺点：
  d. 后期工作量增加，简单地说，淬火钢打磨、研磨工作量比未淬火钢材增加很多
  e. 某些机械加工手段难以实现或需要特殊设备，例如开血槽、钻孔、錾刻、开型、下料等，某些困难可以通过使用线切割、电火花、超声打磨工具等方法克服。其中，某些不影响热处理变形的加工如打孔、下料等工作也可以在热处理前进行。
  f. 钢材打磨**必须小心防止过热退火，这种情况在使用砂轮机或小功率砂带机时特别需要注意，正确的解决方法是采取及时冷却、控制每次打磨量，调整打磨速度等措施。
  
2. 后期热处理的优缺点
  定义：后期热处理，指热处理在刀条打磨成型或留下很少打磨余量后进行。
  优点：
  g. 机械加工简单，工作量相对较小，基本所有的传统机械加工工艺都不受影响，前述e.項中所有问题都不再存在。
  缺点：
  h. 热处理变形可能导致以前的工作量完全作废，废品率增加导致成本加大，选择热处理变形较小的钢材如D2，Cr12MoV等钢材可以提高成品率
  j. 热处理后需要额外表面处理 － 特例是背齿等无法留有加工余量的部位，热处理后钢材多少会有变色，需要采取某些措施恢复钢材基面。

米兰兄，拜托帮忙把这个帖子转移到DIY资料版块，不知道为什么，我当了资料版块版主，却没法在该版块发新主题，只能发在这里

[ 本帖最后由 damasteelfan 于 2008-3-12 22:23 编辑 ]

hht1977

先占个位子～～～

ＤＩＹ资料库一直就不能发新帖，好象都是转移进去的～～～:)

流刃如风

好贴,受教了,有空交流..大麻兄辛苦了.

hht1977

我总认为，先热处理再打磨或多或少都会造成钢材的性能下降．

请时兄指点！

damasteelfan

原帖由 hht1977 于 2008-3-12 22:30 发表
我总认为，先热处理再打磨或多或少都会造成钢材的性能下降．

请时兄指点！

这和使用不适当的打磨方式，比如过细、或过旧的砂带、砂轮，未及时冷却等有关。只要温度不超过回火温度，不会有什么影响。
打磨过程中，钢材绝对不能过热，我的控制温度基本是100°C上下，具体可以通过遗留在刀体上的水珠观察，一看到水珠冒热气就必须及时冷却。
在刀尖或刃口留肉很薄时特别要小心，每次的打磨量一定要减小，另外每次都要冷透（至少在冷水中浸10秒）。

wolfy_loner

受教，虽然目前来说热处理对我都是理论

bbsbbs

先热处理再打磨，对性能的影响肯定存在
磨削时候在材料表面会产生拉应力，拉应力的存在会让裂纹容易扩展。

damasteelfan

原帖由 bbsbbs 于 2008-3-12 23:00 发表
先热处理再打磨，对性能的影响肯定存在
磨削时候在材料表面会产生拉应力，拉应力的存在会让裂纹容易扩展。

我认为在大多数制作方法中，这是不正确的。难道后期热处理只能在没有留下加工余量的情况下进行？否则，余量还是需要打磨的。热处理前不留加工余量的情况下，合格的刀具热处理基本是个无法达到的梦想。毕竟，与粗模具不同，基本上刀具都属于长薄料。
其实对于精密冲压模具，基本全部采用先期热处理的，因为无法实现无变形热处理。

一般来说，无论热处理在先在后，砂轮、砂带的打磨痕迹都需要被油石手工研磨消除掉，打磨痕迹在大多数情况下是被消除的。
即使是保留直接砂带打磨刃面情况下，最后的打磨阶段，表面磨痕平整度也很小，比如，我如果保留打磨痕迹，最后的精磨是400目或600目，低速打磨（4米/秒以下），因为极小的进给量，磨削应力远远小于上磨床的钢材，我个人认为，最多只有磨床的1%。
此外，如果钢材有裂隙存在，本身已经属于残废品，我们只能讨论钢材无缺陷的情况。

只要快速打磨过程中温度控制在回火温度以下，频繁地冷却、加热对钢材起到的作用更近似于时效处理，更有助于消除内部各种应力，我认为。

三刃

我个人的观点是:
      热处理是赋予刀具灵魂的时候.一把刀热处理的好坏,直接关系到刀具性能的优劣,并且是用户无法弥补的.
所以在刀具的制作中必须谨慎对待如何热处理的问题.时兄已经对热处理时间上对加工的影响做了分析.我也说点自己的看法.
  
      一把性能优异的刀,各部分的硬度应该是不一样的.尤其是以劈砍为主的刀具.这就决定了这类刀具要在成型粗磨后做热处理. 而切割用的小刀则很少受冲击.做整体热处理问题也不大.所以传统工艺的长刀剑都是成型后淬火.其实短的我觉得也应该是这么做的.相信这么看的弟兄不在少数.但国内DIY们的条件太有限.有条件自己动手已经不容易了,毕竟刀具的DIY对设备还有很大的依赖.弄套设备不现实,找人帮忙吧,人家因为众所周知的理由不愿意帮.甚至有时候就找不到相关的人.

      甚至是早2年连弄到适和作刀的材料都是问题.很多DIY的兄弟只能用白钢车刀做刀.但现在很多以前只是奢望的材料都可以找到了.但没有热处理条件的兄弟们还是多数.DIY时还是只能选择淬好火的钢板.条件所限,没的选择:&(

      感觉有点跑题了,但这的确是目前的现状.真希望我国的手工刀具有长足的发展.对一个最早冶铁的民族来说,没有世界级的刀匠.真是个笑话.我不相信国人没这水平,只是如此边缘的职业有多少人可以坚持呢?算了,真的跑题了.不说了,睡觉去

[ 本帖最后由 三刃 于 2008-3-13 01:02 编辑 ]

bbsbbs

原帖由 damasteelfan 于 2008-3-13 00:03 发表
我认为在大多数制作方法中，这是不正确的。难道后期热处理只能在没有留下加工余量的情况下进行？否则，余量还是需要打磨的。热处理前不留加工余量的情况下，合格的刀具热处理基本是个无法达到的梦想。毕竟，与粗模具不同，基本上刀具都属于长薄料。
其实对于精密冲压模具，基本全部采用先期热处理的，因为无法实现无变形热处理。

一般来说，无论热处理在先在后，砂轮、砂带的打磨痕迹都需要被油石手工研磨消除掉，打磨痕迹在大多数情况下是被消除的。
即使是保留直接砂带打磨刃面情况下，最后的打磨阶段，表面磨痕平整度也很小，比如，我如果保留打磨痕迹，最后的精磨是400目或600目，低速打磨（4米/秒以下），因为极小的进给量，磨削应力远远小于上磨床的钢材，我个人认为，最多只有磨床的1%。
此外，如果钢材有裂隙存在，本身已经属于残废品，我们只能讨论钢材无缺陷的情况。

只要快速打磨过程中温度控制在回火温度以下，频繁地冷却、加热对钢材起到的作用更近似于时效处理，更有助于消除内部各种应力，我认为。

一点个人看法，与兄交流：
我认为刀厂在制作刀具的过程中，热处理前并没有留下多大的加工余量，
从ST的虎纹可以看出，他们是热处理后直接喷砂去除部分氧化，并没有经过打磨
其他量产刀具上也可以看出明显的机械加工痕迹，比如buck的多数刀具刃面的打磨
他们经过机械抛光或者是做涂层处理来掩盖这些痕迹，但并不会用油石手工研磨
表面应力分为两种，压应力和拉应力，对于微小的裂隙来说，压应力的存在对裂隙扩展不会有什么影响
但是拉应力会加速裂纹的扩展，这里所说的裂纹，是指微观上的缺陷，这样的缺陷在钢材内部总是存在，即使是粉末钢，也可能存在类似的缺陷，从一些数据上来看，典型的粉末钢S30V，在横向和纵向的强度还是存在差异。并且，微小的裂纹也可能在使用中产生，即使它本来并不存在

频繁的冷却、加热会在钢材上产生热应力，这和时效处理是不同的，交替冷热产生的应力会造成材料的疲劳，进而导致性能的下降。当然，对于刀具这样薄的材料，这方面的影响并不明显。

AC米兰

菜刀基本都是先热处理后打磨。
一般的量产刀具应该2种方式都有。

damasteelfan

衷心感谢楼上的三刃兄、bbsbbs兄的意见。

关于局部热处理的想法，我的的观点是，先期热处理也可以采用局部硬度控制的方法。
我的实践是，用线切割下出刀形以后再热处理，这个时段，仍然可以采用一定的局部淬火方法、措施。比如，我使用过压淬＋刃口部分气冷的方法，这种方法可以作到刃口与刀（剑）脊的硬度差在3-5左右。但这种方法对直条的板材没有意义，因为不知道刃口、刀尖的位置。

关于Strider使用后期热处理， 我的看法，ST的刀刀，以及大多数制式刀具主要使用半V磨，半V磨是最少受热处理变形影响的，也是最容易采取矫直工具的。

关于前期热处理刀具打磨过程对钢材的影响， 无论是否可能有钢材疲劳等现象，我个人认为，表面拉应力不会大于淬火产生的组织应力，也同样可以采用低温回火的方法消除。比如我的加工实践中，后期加工（打磨）完毕后，也用过多次深冷＋175°Cx1小时回火方法，但这种方法在我的感受中未见效果。

AC米兰

批量大的刀具一般来说都是先热处理。
ST是后热处理，所以，有时ST的刀会有刀尖歪斜的情况出现。但是后热处理的变形比较难控制，所以CR会使用A2做一体刀的材料，并且在热处理时风冷。这样就大大减小了变形的可能。
先热处理对刀具的性能影响不大。否则这么多的菜刀厂也不会都这么操作了。感觉产量比较大的其它类型的刀厂在生产时先热处理的可能性也比较大。毕竟其他刀具和菜刀的生产过程是差不多的。但没具体了解过，只是一个感觉。

阳光猪

原帖由 bbsbbs 于 2008-3-12 23:00 发表
先热处理再打磨，对性能的影响肯定存在
磨削时候在材料表面会产生拉应力，拉应力的存在会让裂纹容易扩展。

我的没有问题，基本上手推的能去一半的肉了。
就是累得要死！

bbsbbs

原帖由 damasteelfan 于 2008-3-13 11:40 发表
关于局部热处理的想法，我的的观点是，先期热处理也可以采用局部硬度控制的方法。
我的实践是，用线切割下出刀形以后再热处理，这个时段，仍然可以采用一定的局部淬火方法、措施。比如，我使用过压淬＋刃口部分气冷的方法，这种方法可以作到刃口与刀（剑）脊的硬度差在3-5左右。但这种方法对直条的板材没有意义，因为不知道刃口、刀尖的位置。

关于Strider使用后期热处理， 我的看法，ST的刀刀，以及大多数制式刀具主要使用半V磨，半V磨是最少受热处理变形影响的，也是最容易采取矫直工具的。

关于前期热处理刀具打磨过程对钢材的影响， 无论是否可能有钢材疲劳等现象，我个人认为，表面拉应力不会大于淬火产生的组织应力，也同样可以采用低温回火的方法消除。比如我的加工实践中，后期加工（打磨）完毕后，也用过多次深冷＋175°Cx1小时回火方法，但这种方法在我的感受中未见效果。

同意兄的看法，我也认为磨削应力可以通过回火的方式消除
我觉得量产刀具应该是先磨削后热处理
因为如果先热处理，磨削前就要回火一至二次，否则砂轮高速磨削会裂
磨削后为了去除应力还要再回火，这样成本就比较高了。

[ 本帖最后由 bbsbbs 于 2008-3-13 21:51 编辑 ]

bbsbbs

原帖由 AC米兰 于 2008-3-13 12:51 发表
批量大的刀具一般来说都是先热处理。
ST是后热处理，所以，有时ST的刀会有刀尖歪斜的情况出现。但是后热处理的变形比较难控制，所以CR会使用A2做一体刀的材料，并且在热处理时风冷。这样就大大减小了变形的可能。 ...

为什么说批量大的刀具是先热处理呢？
我感觉批量大的刀具才该是磨削成型后热处理
后热处理砂轮等消耗量较少，也不必担心打磨的时候退火，打磨速度可以提高。
先热处理是不是加工速度就受一定限制了呢？
AC版主能详细解释说说吗？

[ 本帖最后由 bbsbbs 于 2008-3-13 21:53 编辑 ]

AC米兰

至少我了解的情况是大批量生产的菜刀基本都是先热处理后打磨。而这些刀厂也会生产一些其他的刀具。

hht1977

看来只要是方法得当,先热处理再打磨也没问题?

几位高人继续,我好好学习!

dhan

刀具的变形可以通过回火整回来——淬火后变形的刀子加热后用厚板夹平，再进炉，提高50度（大约是400度左右），一两个小时候取出来空冷至室温，再打开。刀子基本就恢复了

finite

原帖由 dhan 于 2008-3-22 07:14 发表
刀具的变形可以通过回火整回来——淬火后变形的刀子加热后用厚板夹平，再进炉，提高50度（大约是400度左右），一两个小时候取出来空冷至室温，再打开。刀子基本就恢复了

这个方法简单，受教了