本发明属于材料加工技术领域，具体涉及一种用于收割机刀片的合金钢及其加工方法。
背景技术
联合收割机是由塞勒斯·麦考密克发明的。联合收割机是一体化收割农作物的机械。一次性完成收割、脱粒，并将谷粒集中到储藏仓，然后在通过传送带将粮食输送到运输车上。也可用人工收割，将稻、麦等作物的禾秆铺放在田间，然后再用谷物收获机械进行捡拾脱粒。收获稻、麦等谷类作物子粒和秸秆的作物收获机械。包括收割机、割晒机、割捆机、谷物联合收割机和谷物脱粒机等。谷物收获机械是在各种收割、脱粒工具的基础上发展起来的。
联合收割机在现代农业中的应用越来越普遍，尤其是小麦，小麦的收割采用联合收割机的面积已经占到了小麦种植面积的97%以上。而联合收割机在工作过程中，最容易磨损的一个部件就是刀片，在切割过程中遇到石块、树根等硬物；护刃器松动或变形，使定刀片高低不一致；刀片铆钉松动，切割时相碰等都可能引起切割刀片损坏。为预防刀片损坏，操作时一般都应注意切割器前面的障碍物，防止刀片切割铁丝等硬物，或者与石块、电线杆、木桩等相撞。保养时，要经常检查和调整护刃器，使定刀片在同一水平面内，松动的刀片要及时铆紧。
但这种保养方式只是技术人员的一厢情愿，因为电线杆和木桩等大型障碍物是驾驶员可以避免的，但是对于隐藏在麦秸中的石块、砖块和铁丝，则是无法避免的。而且在实际收割的过程中，麦田里很容易有较多的碎砖块或小型石块，刀片损坏大部分都是因为和碎砖块或小型石块发生了碰撞，这不但造成了刀片的经济损失，同时也降低了联合收割机的工作效率，对于农忙时节的抢收带来不利影响。联合收割机刀片为一个长方形的底座加上一个三角形的凸起组成，长方形的底座上设有螺孔，三角形的凸起的两边设有锯齿状刀刃，现有设计都是在刀片的形状或者结构进行改进或者是对刀刃的形状进行改进，而要解决小麦联合收割机刀片损坏的问题关键是开发一种新的材料，要具有较高的强度和韧度，该材料所加工的刀片要不但可以收割麦秸秆，同时还可以剪碎小型砖头和石子，这样才能真正的解决刀片碰到石子时导致报废的问题，而不能是一味的强调尽量避免小型砖头和石子，因为对于中国特殊的农业结构和实际国情，这些小型砖头和石子在实际操作中是无法避免的。
例如中国专利申请号201210471451.4，公开日2013年3月6日，公开了一份名称为一种适于收割柔韧性强的植物的收割机刀片的专利申请文件，该发明整体呈箭形，包括尖端、尾端，尖端设有头部，所述头部为三角形，在尖端与尾端之间的两侧部位由平刃与半月刃交替设置，所述平刃与半月刃的厚度均延两边方向渐薄至两边成刃，其中，所述平刃与半月刃朝尖端方向的边相互平形，所述半月刃朝尾端的弧线边两端相连之弦与平刃朝尾端的边平行。该发明根据柔软韧性强的秸杆的特点，将收割机刀片设计成平刃与半月刃的结构，可有效提高收割率，有利于提高农业生产的效率。但是该专利忽视了实际操作，没有考虑到田间地头的瓦片、石子和砖头对刀片寿命的影响。
中国专利申请号：201310082221.3，公开日2013年7月17日，公开了一份名称为一种高耐磨平地机刀片及其制备方法的专利文件，其元素组成及重量百分比分别为：c：0.25～0.27%，al：0.4～0.6%，mn：0.8～1%，w：1.5～2%，si-b-c-n纳米非晶粒子：0.5～0.7%，b：≤0.0032%，p：≤0.015%，s：≤0.015%，余量为fe。制备方法为：电炉炼钢，铁水脱硫磷，转炉顶底复合吹炼，真空脱气处理，冲入法压入si-b-c-n纳米非晶粒子，浇铸刀片板坯，刀片板坯降温至1250～1270℃保温1～2小时，降温至960～980℃油淬，300℃回火后速冷，得到平地机刀片。该发明具有优良的强度、韧性和硬度匹配，耐磨性较高，并且制备方法简便，成本低，生产效率高。但是该专利只是增加了耐磨的作用，也忽视了实际工作中，刀片不是因为长久工作而磨损，更多的是因为不耐冲击，导致刀片的报废。
也有人在尝试将刀片的材料采用高锰钢，其碳含量较高，其化学成分为：c：0.90～1.50%；mn：10.0～15.0%；si：0.30～1.0%；s≤0.05%；p≤0.10%。上述成分的高锰钢的铸态组织通常是由奥氏体、碳化物和珠光体所组成。碳化物数量多时，常在晶界上呈网状出现。因此铸态组织的高锰钢很脆，无法使用，需要进行固溶处理。高锰钢极易加工硬化，因而很难加工，绝大多数是铸件，极少量用锻压方法加工。所以高锰钢的性能可以满足刀片剪碎小型砖头和石子的要求，但是无法加工出刀片的形状，尤其是锯齿状刀刃加工困难，最核心的是加工出的刀片不够锋利，无法割断小麦的秸秆。所以该材料在联合收割机的刀片设计中也不是最佳的方案。
现在急需设计一种新的材料，该材料加工的刀片需要抗冲击能力强，耐磨损，在快速剪断小麦秸秆的同时，还要能在剪切小型砖块时保持材料不损伤。
技术实现要素：
针对现有材料制作的联合收割机刀片容易损坏，没有更合适的材料的问题，提供一种用于收割机刀片的合金钢及其加工方法，该合金钢生产出来的刀片不但可以收割麦秸秆，同时还可以剪碎小型砖头和石子，这样才能真正的解决刀片碰到石子时产生的报废问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明的用于收割机刀片的合金钢，其组分及质量百分比为：
c：1.2-1.4%；
mn：16-18%；
si：0.35-0.45%；
v：0.1-0.2%；
s：≤0.020%；
p：≤0.035%；
mo：0.35～0.55%；
sc2o3：0.04-0.08%；
余量为fe。
进一步，所述的用于收割机刀片的合金钢，其组分及质量百分比为：
c：1.3%；
mn：17%；
si：0.4%；
v：0.15%；
mo：0.45%；
sc2o3：0.06%；
余量为fe。
进一步，所述的用于收割机刀片的合金钢，其特征在于，其加工方法为：所述的合金钢在加工成所需要的工件形状时先加热到700-800℃，保温20-60min，然后使用车床车出所需要的工件形状，在车的过程中注意保持材料的温度始终在650℃以上，温度不足则立即加热到700-800℃之间。
本发明是采用高碳、高猛的设计，硬度高，同时通过添加与控制v、si、mo和sc2o3的含量，改善其韧性，避免裂纹的产生与工作时脆断情况的发生，本发明制备的工件表面发生塑性变形时，在变形层内会有明显的加工硬化现象，表层硬度大幅度提高，同时位错密度大量增加，位错的交割、位错的塞积及位错和溶质原子的交互作用使工件得到强化。同时由于本发明材料的奥氏体的层错能低，形变时容易出现堆垛层错，从而为ε马氏体的形成和形变孪晶的产生创造了条件。本发明的强度、塑性和韧性均大幅度改善，所制备的刀片经过热处理之后，不但可以收割麦秸秆，同时还可以剪碎小型砖头和石子，解决了刀片碰到石子时产生的报废问题。
本发明的有益效果为：
与现有技术相比，本发明有如下显著优点：
（1）本发明采用高碳、高猛的设计，硬度高，同时通过添加与控制si、mo和sc2o3的含量，改善其韧性，避免裂纹的产生与工作时脆断情况的发生；
（2）本发明制备的工件表面发生塑性变形时，在变形层内会有明显的加工硬化现象，表层硬度大幅度提高，同时位错密度大量增加，位错的交割、位错的塞积及位错和溶质原子的交互作用使工件得到强化；同时由于本发明材料的奥氏体的层错能低，形变时容易出现堆垛层错，从而为ε马氏体的形成和形变孪晶的产生创造了条件，所加工的刀片具有较高的强度、塑性和韧性，不但可以收割麦秸秆，同时还可以剪碎小型砖头和石子，解决了刀片碰到石子时易产生的报废问题，寿命长；
（3）本发明的原料简单，成本低。
具体实施方式
下面结合具体的实施例以刀片为例来说明本发明的性能。
实施例1
用本发明的合金钢制备一个收割机刀片，其步骤为：
（1）原材料的准备：
其组分及质量百分比为：c：1.2%、mn：16%、si：0.35%、s：≤0.020%、p：≤0.035%、mo：0.35%、sc2o3：0.04%、余量为fe。
（2）毛坯的制备：
将步骤（1）中的材料配比后铸造成刀片的初始形状，即一个长方形的底座加上一个三角形的凸起组成，长方形的底座上设有螺孔；
（3）锯齿状刀刃的加工：
将步骤（2）中得到的毛坯加热到700℃，保温20min，然后使用车床车出锯齿状刀刃，在加工的过程中注意保持毛坯的温度始终在650℃以上，温度不足则立即加热到700-800℃之间；锯齿状刀刃保留0.6mm的余量，此处的余量为为步骤（6）考虑，余量过大则加工困难，余量过小则达不到加工硬化的目的；得到毛坯工件；发明所采用的材料比较难加工，只有在此温度范围内才能进行机加工；
（4）毛坯工件的热处理：
将步骤（3）中得到的毛坯工件，先以70℃/h的升温速度加热到260℃，保温1.5h，然后再以90℃/h的升温速度加热到600℃，保温0.8h，再以130℃/h的升温速度加热到1100℃，保温1.2h后淬火，水淬；在工件入水前，水的温度为28℃，工件放入水中5min后，水温为41℃；
（5）毛坯工件的深冷处理：
将步骤（4）中处理后的毛坯工件进行深冷处理，深冷处理的温度为-200℃，保持1.5h，然后在220℃的温度下进行回火，回火时升温速度为80℃/h；经过步骤（4）和步骤（5）处理后，工件的强度、塑性和韧性均大幅度提高；
（6）毛坯工件的精磨：
将步骤（5）中得到的工件锯齿状刀刃进行精磨，得到小麦联合收割机的刀片。此处是借助精磨的过程中，工件表面发生塑性变形，在变形层内有明显的加工硬化现象，表层硬度大幅度提高，同时位错密度大量增加，位错的交割、位错的塞积及位错和溶质原子的交互作用使工件得到强化。同时由于本发明材料的奥氏体层错能低，形变时容易出现堆垛层错，从而为ε马氏体的形成和形变孪晶的产生创造了条件。本发明的强度、塑性和韧性均大幅度改善，本实施例得到的小麦联合收割机刀片不但可以收割麦秸秆，同时还可以剪碎小型砖头和石子，解决了刀片碰到石子时产生的报废问题。
与本实施例采用相同原料和相同工艺加工的一个试验用工件的的力学性能为：σb900mpa；ψ25%；αk304j/cm2；hb235。本实施例的刀片的硬度为hb237，刀刃处的硬度为hb242。使用时，多次剪碎小石子，仍能继续使用。
实施例2
同实施例1，所不同的是步骤（1）中原料的组分及质量百分比为：c：1.3%、mn：17%、si：0.4%、s：≤0.020%、p：≤0.035%、mo：0.45%、sc2o3：0.06%、余量为fe。步骤（3）中是将步骤（2）中得到的毛坯加热到750℃，保温40min，然后使用车床车出锯齿状刀刃，在加工的过程中注意保持毛坯的温度始终在650℃以上，温度不足则立即加热到710-790℃之间；锯齿状刀刃保留0.6mm的余量；步骤（4）中将步骤（3）中得到的毛坯工件，先以60℃/h的升温速度加热到300℃，保温1h，然后再以100℃/h的升温速度加热到560℃，保温1h，再以120℃/h的升温速度加热到1130℃，保温1h后淬火，水淬；在工件入水前，水的温度为35℃，工件放入水中5min后，水温为43℃；步骤（5）中将步骤（4）中处理后的毛坯工件进行深冷处理，深冷处理的温度为-190℃，保持2h，然后在200℃的温度下进行回火，回火时升温速度为90℃/h。本实施例得到的小麦联合收割机刀片不但可以收割麦秸秆，同时还可以剪碎小型砖头和石子，解决了刀片碰到石子时产生的报废问题。本实施例的刀片的硬度为hb231，使用时可以轻易的剪碎小石子，而且还能继续使用。
实施例3
同实施例1，同实施例1，所不同的是步骤（1）中原料的组分及质量百分比为：c：1.4%、mn：18%、si：0.45%、s：≤0.020%、p：≤0.035%、mo：0.55%、sc2o3：0.08%、余量为fe。步骤（3）中是将步骤（2）中得到的毛坯加热到800℃，保温60min，然后使用车床车出锯齿状刀刃，在加工的过程中注意保持毛坯的温度始终在650℃以上，温度不足则立即加热到710-790℃之间；锯齿状刀刃保留0.6mm的余量；步骤（4）中将步骤（3）中得到的毛坯工件，先以90℃/h的升温速度加热到200℃，保温2h，然后再以80℃/h的升温速度加热到630℃，保温0.5h，再以150℃/h的升温速度加热到1090℃，保温1.5h后淬火，水淬；在工件入水前，水的温度为25℃，工件放入水中5min后，水温为35℃；步骤（5）中将步骤（4）中处理后的毛坯工件进行深冷处理，深冷处理的温度为-203℃，保持1h，然后在240℃的温度下进行回火，回火时升温速度为70℃/h。本实施例得到的小麦联合收割机刀片不但可以收割麦秸秆，同时还可以剪碎小型砖头和石子，解决了刀片碰到石子时产生的报废问题。本实施例的刀片的硬度为hb236，使用时可以轻易的剪碎小石子，而且还能继续使用。