刀片及其制造方法
【专利摘要】本发明首先涉及一种制造螺旋刀片(1)的方法，其中该刀片(1)是由可硬化的钢制成的并且包括刀刃臂(10)，该刀刃臂包括位于下端的基面(11)和位于上端的刀刃面(12)，其中该刀刃面(12)沿前缘(13)具有刀刃(9)；本发明其次涉及螺旋刀片(1)，其中该刀片(1)是由可硬化的钢制成的并且具有刀刃臂(10)，该刀刃臂同时具有位于下端的基面(11)和位于上端的刀刃面(12)，其中该刀刃面(12)沿前缘(13)具有刀刃(9)。为了制造同时具有不锈性和足够硬度的刀片及确定其制造方法以使其特别适用于皮革加工，本发明建议选择不锈钢作为所述刀片(1)的可硬化的钢，并且建议使所述刀片(1)的边界层(2)富含碳并随后使其硬化，从而所述刀片(1)具有富含碳且经硬化的边界层(2)。
【专利说明】刀片及其制造方法
[0001] 本发明涉及一种螺旋刀片（helical blade)，其中该刀片由可硬化的钢制成并且 包括切割臂（cutting arm),该切割臂包括位于下端的基面和位于上端的切割面，其中该切 割面包括设置在切割面的前缘（leading-edge)的刀刃。
[0002] 本发明还涉及用于制造所述螺旋刀片的方法。
[0003] 本发明的可硬化的钢是铁素体钢或马氏体钢，其中后者是通过硬化铁素体钢制造 的。为了变成可淬性的，要求板材（deal)包含最低含量的合金钢，例如非合金钢的至少 0.8 %的碳。
[0004] 本申请的硬化是指通过热处理（加热和随后的淬灭或任选的退火）来提高钢的硬 度，其中钢的硬度可以例如以单位HRC(洛氏硬度）或HV(维氏硬度）予以具体化。相应地， 硬化不仅包括典型硬化（产生彡50HRC或彡510HV的硬度）还包括典型回火（增加硬度但 未达到50HRC或510HV)，因为这两种方法通过热处理增大了分别被处理的钢的硬度。当将 刀片或其特定区域称作本申请的"经硬化的（hardened)"时，这只表示增加了该刀片的硬 度。根据遵循（go by)的经典定义，本申请中经硬化的钢所实际达到的硬度可能只称作经 回火的。
[0005] 晶格结构在热处理（加热和随后的硬化）过程中没有变化且硬度由此不会增加的 奥氏体钢不是本发明的"可硬化的钢"。上文所述的定义不包括通过冷成型（cold forming) 而增加的硬度，因为这不是通过热处理来实现的。 技术背景
[0006] 上文所述的常见类型的刀片特别是在皮革加工和纺织加工领域知晓已久，在皮革 加工领域它们用于所谓的"去肉"（fleshing)和/或"抿边"（folding)，而在纺织加工领域 它们用于剪断纺织纤维。术语"切割装置"(cutting device)随后用作机器类，将其用来加 工动物的皮毛、特别是皮革或者纤维材料、特别是纺织纤维。然而，当仅和皮革加工有关时， 取决于应用会使用术语去肉装置或抿边装置。上文所述的常见类型的刀片例如用于实用新 型DE 74 03463 U的切割机中，其中该实用新型所公开的切割机是用来加工纺织品的剪切 装直。
[0007] 就安装有刀片的切割机的经济性而言，刀片的使用寿命是关键的。为了保持对刀 片的刀刃部分的磨损尽可能的小并为了尽可能长时间地延迟刀片的更换，使用可硬化的钢 或经硬化的刀片是关键的。尽管待切割的产品通常具有较低的硬度，但是刀刃的长期使用 和与待切割材料的长期接触不可避免地会导致刀刃的钝化。这特别适用于抿边和去肉， 由此在切割动物皮毛领域中的加工，因为通常要求相当高的切割力并相应地刀片是高载荷 的。通过刀片的永久锐化（使用自动化运行的砂轮）导致刀片或刀刃的进一步磨损。
[0008] 除纯粹的机械磨损之外，刀片钢的氧化确定（determine)或缩短刀片的锋利刀刃 的持久性的问题。这点在皮革加工领域中特别成问题，因为在使用去肉装置之前，使用腐 蚀性化学品以便从所谓的表皮（top skin)上除去革皮（leather skin)。必须实施还和革 皮相连的下层皮（lower skin)的分离，然而通常使用去肉装置完成。这一操作被称作"去 肉"。去肉装置的刀片在去肉过程中会在极大程度上与先前使用的化学药品接触。由于化 学药品的腐蚀特性，刀片的钢特别快地被腐蚀，特别是当不是持续使用去肉装置时。在去肉 装置的运行期间，刀片经历持续磨损，从而所形成的硬度极小的锈蚀（rust)会被立刻磨掉 (grind of)。由此而沉积在革皮上的氧化性物质（锈蚀）的量是如此少以致无法从视觉上 确定皮革的损伤。然而，一旦去肉装置保持静止较长的时间段（周末、节假日、闲置等），由 于钢不能忍受所使用的腐蚀性化学品在刀片上就会形成显著的锈层。一旦去肉装置在闲置 时间段后重新投入适用，所述过程能以特别简单的方式除去所产生的导致革皮颜色损伤的 锈蚀。通常这种类型的脱色是不能除去的，从而必须切掉已脱色的材料并且拒绝其被进一 步使用而导致的经济损失。
[0009] 为了解决这个问题，已经有人考虑将不锈钢用于所述刀片。然而，这些不锈钢由于 其性质具有小于600HV的相当低的硬度，并且因此鉴于刀片的刀刃的高机械载荷而不适合 用于抿边或去肉操作。特别是在抿边过程中，这意味着加工革皮厚度，即切割经鞣制的皮 革，刀刃经历特别强的磨损并对于刀刃锐度的高耐久性要求高水平的硬度。因此，迄今为止 不能使用不锈钢用于制造皮革加工领域中的刀片。
[0010] DE 695 10 719 T2描述了一种具有特别硬的边界层的不锈钢，该边界层具有的硬 度在700HV?1050HV范围内。所描述的是如上文所述的不可硬化的奥氏体钢。这特别是 对于由这种钢制成的组件的核心部分是不利的，因为该核心部分不能被回火并由此是相当 软的。这种类型的奥氏体钢的低刚度是归因于这种基材仅限在纺织或皮革加工领域使用， 其中刀片经历高切削力。该原因在于，在高切割力的作用下，具有相当低刚度的刀片的变形 会过高而不能实现良好的切割效果。此外，DE 695 10 719 T1中的钢是不利的，因为它通 常包括大量的镍，镍原则上会造成健康危害。鉴于用于纺织或皮革加工的刀片经常必须被 重新研磨，出于对工作者安全的考虑具有高镍含量的钢是不理想的。
[0011] 发明目的
[0012] 因此，本发明的目的是提供在上述【技术领域】基础上改进的刀片及其制造方法，其 中所述刀片具有耐腐蚀性并且还具有足够的硬度和刚度，使得其特别适用于皮革加工，甚 至是对于切割质量有高要求的。
[0013] 方案
[0014] 本发明的目的是由本发明的方法来实现的，其中用于刀片的可硬化的钢是不锈 钢，以及该刀片的边界层富集有碳并且随后使该边界层硬化。优选地，当使刀片的边界层硬 化时，也使刀片的剩余部分硬化，这是指刀片的核心部分也被硬化。根据在刀片的不同部分 (边界层、核心部分）各自所达到的硬度，硬化后的核心部分还可被称为"经回火的"（硬度 小于50HRC)。原理上，根据权利要求1所述的"硬化"导致至少边界层的硬度增加（还参见 上述的"可硬化的钢"的定义）。
[0015] 作为用于碳富集和随后硬化的基材钢，铁素体高合金不锈（铬）钢（ferritic high alloy stainless (chromnium) steel)组（group)是特别相关的，虽然只要满足性 质"可硬化的"和"不锈钢"，但本申请不限于这种类型的钢。在硬化后这种钢称作马氏 体高合金不锈铬钢，其中在硬化加工过程中基材钢的铁素体形成经硬化钢的马氏体。由 于不锈钢的性质通常由合金元素铬决定，最终产品可称作不锈性马氏体铬钢（stainless martensitic chromium steel),就本申请而言其是可硬化的，这是指可硬化的和/或可回 火的。
[0016] 通过碳富集的方法步骤，相比于刀片的核心部分，该刀片的边界层的碳浓度显 著增加。这种现成的可硬化的钢（这是指其包含硬化所需的最小的合金含量）的渗碳 (carbonization)方法是非典型的。通常只在使相应的钢变成完全可硬化时（这是指在应 该产生作为合金元素的最小含量的碳时）才使钢富集碳。与本文所建议的方法相反的渗碳 通常用于非硬化的（铁素体）钢，即所谓的表面硬化钢（case hardened steel)。因此，就 本申请而言，后者没有单独的碳富集而不被认为是可硬化的，其中这不是基于表面可硬化 的钢是奥氏体钢（原理上，表面可硬化的钢是铁素体钢），而是只由于它们的低碳含量不具 有硬化能力这一事实。
[0017] 虽然所述钢已经是可硬化的，但是钢进一步富集碳（即根据本发明进行的所谓的 "渗碳"）导致刀片的硬化能力相对于边界层明显增加，因为在刀片随后的硬化过程中所能 达到的硬度值明显在以其它方式所能达到的硬度值以上。用这种方式可以实现硬度值在 700HV以上。虽然在刀片的渗碳后的边界层所使用的钢的不锈性受到碳富集的负面影响，但 是这只是最低限度地减少钢的耐腐蚀性而显著提高了硬化能力。以这种方式可以使钢具有 高硬度和良好的残余的耐腐蚀性，使得成品刀片极其好地适用于加工皮革、特别是去肉和 抿边。
[0018] 根据本发明的方法包括对刀片的至少边界层进行硬化的方法步骤，但优选整个刀 片。由于渗碳后刀片的不断变化的碳含量（只对边界层进行渗碳），钢的硬度在整个刀片的 横截面上变化，其中相对于核心部分，边界层的硬度增大。通过硬化由此制造的刀片，可以 明显增大边界层的硬度并可以容易地超过至少630HV的值。优选地，应该超过至少670HV、 优选至少720HV的硬度。优选地，刀片的核心部分实现超过300HV、优选超过350HV、进一步 优选超过400HV的硬度。因此，根据经典定义认为经硬化的刀片核心部分是高度回火的。在 硬度测量期间，应当认为对于评估本发明的边界层硬度，不考虑在渗碳过程中以已知的方 式产生的并通常具有厚度为约20 μ m± 10 μ m的边界氧化层。通过由研磨和抛光步骤从经 硬化的刀片中除去边界氧化层并且随后使用尽可能小的测试负荷（test load)测试刀片的 清洁金属表面，以特别简单地方式正确确定硬度是可能的。
[0019] 当在刀片周围的边界层富集碳并随后被硬化时，上文所述方法是特别有利的。上 下文中周围的边界层是指该边界层分别完全包封经处理的刀片，这是指不只是在刀片的特 定边缘（side)或侧面（flank)产生。周围的硬边界层的优点是和刀片的刀刃相对的边界 层的稳定化效果。然而，该边缘并不约束待处理的材料本身并由此不会对其硬度提出任何 增加的要求。然而由于硬化整个刀片的硬化层的积极的稳定作用，这样的层是特别有利的。
[0020] 当提供具有类型X20Crl3的不锈钢马氏体铬钢性能的钢作为基材时，可以特别有 利地实施该方法。这种类型的钢是可硬化的且不生锈的，并且作为标准钢易于获取。作为 基材，这种类型的钢尚未作为马氏体钢而是作为铁素体钢提供。在钢的硬化过程中仅实施 马氏体钢的形成。当使用所述类型X20Crl3钢作为本发明方法的基材时，因为积累碳，所以 由于渗碳的方法步骤使刀片的边界层在结构上变化。因此，在至少对边界层的渗碳之后，不 再采用术语X20Crl3。
[0021] 如上文所述的本发明的刀片解决了目标技术问题，因为刀片的可硬化的钢是不锈 钢并且该刀片包括富集碳且被硬化的边界层。优选地，除了边界层外还硬化刀片的其余部 分（这是指核心部分），其中核心部分的硬度通常不会增加到超过510HV，从而根据上文所 提供的经典定义将其称作回火。
[0022] 如上所述，这种类型的刀片能够特别好地被硬化（这是指高水平的硬度），并以这 种方式边界层能够达到高水平的硬度（通常至少630HV)，而且还能够本质上保持其不锈钢 特性,并由此仅会腐蚀极少。测试已经表明当长时间暴露于腐蚀性介质时，本发明的这种类 型的刀片只显示出非常少量的腐蚀的迹象，而在常规的非耐腐蚀性刀片中腐蚀已经十分超 前（advanced)并且已经演变成很深的锈迹坑。
[0023] 正如上文所进一步描述的，这种类型的刀片是特别有利的，其中边界层的硬度为 至少630HV、优选至少670HV、进一步优选至少720HV。就耐磨损性而言，具有硬度在该范围 的刀片特别适用于纺织品和皮革的加工，因为它们对于纺织品或皮革提供良好的耐磨性。
[0024] 此外，应当配置本发明的刀片使得经渗碳的边界层具有0. 001mm?0. 30mm、优选 0. 05mm?0. 20mm的厚度。这种类型的层厚足以使刀片具有长的使用寿命，因为在相关的切 割机运行期间要除去该厚度的层需要花费相当长的时间。此外，薄的层厚度具有的优点是 相对于边界层，刀片的大部分以相当小的碳含量保持在该刀片的核心，并且尽管边界层特 别硬，但是整个刀片保留了高水平的韧性，从而降低了断裂的风险。另外，可以保持短的渗 碳时间（这是指在此期间必须对刀片的钢进行渗碳），这导致了制造过程中更好的经济性。 在谈及经渗碳的边界层的厚度时，将认为上述的在渗碳过程中形成的氧化边界层是不计入 内的。
[0025] 在边界层中，刀片应当优选具有超过0. 25%、优选超过0. 4%、进一步优选超过 〇. 6%的碳含量。以这种方式能够特别好地硬化边界层，使得其在研磨切割操作中由于其硬 度能提供长的使用寿命。
[0026] 因此，在对边界层进行渗碳之前，用于刀片的可硬化的钢应具有0. 1 %?0.6%、 优选0. 15%?0.50%的碳含量。这种类型的钢以特别高的韧性和良好的可硬化性为特征， 而后者特别是剩余合金元素的函数。很好的实例是来自不锈钢马氏体铬钢组的刀片钢类型 X20Crl3,根据定义其具有约0.2% ±0.05%的碳含量和约13% ±1%的铬含量，并且是可 硬化的。高铬含量使这种钢具有耐腐蚀性。出于相同的原因，尽管0.2%的碳含量是相当少 的，但是高铬含量是使钢变成可硬化的碳化物的形成元素。
[0027] 取决于各种钢的组分，同样约0.4%的高碳含量可以是有用的，其中优选地，制造 刀片所用的钢具有至少12. 5%的铬含量。通过保证这种与铬含量相关的最小值改进或确保 了各种钢的不锈性或耐腐蚀性。这特别适用于经渗碳的刀片边界层，尽管通过渗碳使碳含 量达到1. 〇%，但在该铬含量下该边界层仍能保持高的耐腐蚀性。
[0028] 特别优选这样的刀片：该刀片的钢不包含作为合金元素的镍，特别是该刀片具有 至多1. 0%、优选至多0. 5%、进一步优选至多0. 25%的镍含量。从工人的安全角度来看，低 镍含量是特别有利的，因为以等时间间隔用于锐化刀片而实施的再次研磨过程不会释放任 何导致健康危害的镍。
[0029] 硬化内部核心部分的刀片是特别优选的。这种类型的经硬化的核心部分对于刀片 的实用性是特别优选的，因为由此刀片获得了特别高水平的刚度。然后，刀片核心部分的硬 度优选在至少300HV、优选至少350HV、进一步优选至少400HV的范围。在剪切力的作用下， 相比于更高的耐磨性，增加刀片的刚度是特别优选的，因为对于高质量的纺织品和/或皮 革的加工而言，应使刀片的变形保持尽可能小。
[0030] 此外，富集有碳的且在该刀片的周围形成经硬化的边界层的刀片是特别优选的。 上文已经描述周围的经硬化的边界层的优点。
[0031] 实施方式
[0032] 参照附图，下面将基于实施方式描述本发明的刀片和方法，其中：
[0033] 图1示出了本发明刀片的显微图；以及
[0034] 图2示出了具有本发明的多个刀片的去肉滚筒（cylinder)。
[0035] 图1中所示的本发明的刀片1包括边界层2和边界氧化层3。边界层2和边界氧 化层3沿着过渡区域4连续地从一个转变成另一个。边界层2在图1中通过浅色清晰可见， 并氧化边界层3通过深色是可见。由刀片1的渗碳形成了边界氧化层3。该边界氧化层通 常只具有非常低的硬度。
[0036] 刀片1由X20Crl3型的马氏体铬钢制成，并因此具有约0.2% ±0.05%的碳含量 和约13% ±1.0%的铬含量。这种钢是可硬化的并且也是耐腐蚀性的。在刀片1的实施方 式中，所指明的数值适用于未示出的核心部分，而刀片1的边界层2富集有碳并因此具有为 约1.0%的碳含量。刀片1的边界层2的厚度为约0.15mm。在所谓的渗碳过程中，实施边 界层2的碳富集。
[0037] 刀片1的边界层2的高碳含量具有边界层由于硬化过程演变成特别高的硬度的后 果，其中不考虑由氧化而导致非活性的边界氧化层3,其中尽管降低了钢固有的耐腐蚀性， 但很大程度上得以保持。高硬度和良好的耐腐蚀性的组合使得刀片1能特别好地适合皮革 加工中的应用。
[0038] 图2示出了用于皮革加工的去肉滚筒5。该去肉滚筒包括多个本发明的刀片1，将 该滚筒设置在去肉滚筒5的滚筒体7的包封面6 (enveloping surface)上。操作期间去肉 滚筒5绕纵轴8转动，其中刀片1的刀刃9与待加工的材料接触并因此切削该材料。刀片 1分别包括刀刃臂10,该刀刃臂10包括位于下端的基面11，其中该刀片1分别设置在具有 基面11的滚筒体7的包封面6上。此外，刀片1包括位于刀刃臂10上端的刀刃面12。刀 刃面12包括在前缘13处的刀片1的刀刃9。使用铜元件14将刀片1楔入（wedge)在滚筒 体7的槽中。
[0039] 参考数字和名称
[0040] 1 刀片
[0041] 2边界层
[0042] 3边界氧化层
[0043] 4过渡区域
[0044] 5去肉滚筒
[0045] 6包封面
[0046] 7滚筒体
[0047] 8 纵轴
[0048] 9 刀刃
[0049] 10刀刃臂
[0050] 11 基面
[0051] 12刀刃面
[0052] 13 前缘
[0053] 14 铜
【权利要求】
1. 一种制造螺旋刀片（1)的方法，其中所述刀片（1)由可硬化的钢制成并且包括刀刃 臂（10)，所述刀刃臂（10)包括位于下端的基面（11)和位于上端的刀刃面（12)，其中所述 刀刃面（12)沿前缘（13)具有刀刃（9)，其特征在于，所述刀片（1)的可硬化的钢是不锈钢 并且使所述刀片（1)的边界层（2)富集碳并随后使其硬化。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述刀片（1)的周围的边界层（2)富集 碳并随后使其硬化。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，提供在硬化所述刀片（1)的方法步骤 之后的所述刀片（1)作为具有经渗碳的边界层（2)的类型X20Crl3的不锈性马氏体铬钢。
4. 一种螺旋刀片（1)，其中所述刀片（1)由可硬化的钢制成并且包括刀刃臂（10)，所 述刀刃臂（10)包括位于下端的基面（11)和位于上端的刀刃面（12)，其中所述刀刃面（12) 沿前缘（13)具有刀刃（9)，其特征在于，所述刀片（1)的可硬化的钢是不锈钢并且所述刀片 (1)包括富集有碳并被硬化的边界层（2)。
5. 根据权利要求4所述的刀片（1)，其特征在于，所述边界层（2)的硬度为至少630HV、 优选至少670HV、进一步优选至少720HV。
6. 根据权利要求4或5所述的刀片（1)，其特征在于，所述边界层（2)具有的厚度在 0. 001mm ?0. 30mm 之间、优选 0. 05mm ?0. 20mm 之间。
7. 根据权利要求4?6中任一项所述的刀片（1)，其特征在于，制造所述刀片（1)的所 述可硬化的钢在边界层（2)中具有至少0.25%、优选至少0.4%、进一步优选至少0.6%的 碳含量。
8. 根据权利要求4?7中任一项所述的刀片（1)，其特征在于，制成所述刀片（1)的可 硬化的钢在核心部分具有在0. 05 %?0. 60 %之间、优选在0. 15 %?0. 50 %之间的碳含量。
9. 根据权利要求4?8中任一项所述的刀片（1)，其特征在于，制造所述刀片（1)的所 述可硬化的钢具有至少12. 5%的铬含量。
10. 根据权利要求4?9中任一项所述的刀片（1)，其特征在于，所述硬化钢具有至多 1. 0%、优选至多0. 5%、进一步优选至多0. 25%的镍含量。
11. 根据权利要求4?10中任一项所述的刀片（1)，其特征在于，所述富集有碳并被硬 化的边界层（2)围绕所述刀片（1)。
12. 根据权利要求4?11中任一项所述的刀片（1)，其特征在于，所述可硬化的钢是类 型X20Crl3的马氏体不锈钢。
13. 根据权利要求4?12中任一项所述的刀片（1)，其特征在于，所述刀片（1)的核心 部分被硬化并且具有至少300HV、优选至少350HV、进一步优选至少400HV的硬度。
【文档编号】C14B1/02GK104145031SQ201380011495
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年1月14日 优先权日:2012年1月12日
【发明者】C.沃尔夫 申请人:好使有限责任公司和两合公司