单刃刀烧刃淬火的内应力分析及防止淬裂的措施

村长

最近看到有兄弟烧刃时刀刃淬裂，使前期的辛苦劳动毁于一旦，真是痛心疾首!为了避免此类问题的发生，我想谈谈自己烧刃的一点心得，或许对一些需要帮助的朋友有所启发。
     
应力分析

      不管是哪种烧刃方法，我们的目的只有一个：那就是对刀刃进行淬火，以获得高硬度，高耐磨性；而刀身刀背不淬火，以获得良好的韧性，提高刀的抗弯、抗冲击的能力。所以，当我们把烧红的刀条放入淬火剂时，刀刃迅速冷却，尺寸收缩，此时因为刀身和刀背的温度还很高，仍然具有良好延展性和塑性，这时候由于刀刃收缩形成内应力不是很大。当刀刃冷却定形以后，刀背刀身逐渐冷却收缩，整个刀条向后弯曲变形。此时由于刀刃已经淬硬，失去塑性变形的能力，刀刃在刀背收缩应力的作用下很容易被撕裂。（淬火后得到的马氏体本身残存大量的内应力，高硬度高脆性，刀背又比刀刃厚很多，其冷却收缩过程产生的应力足以把刃口撕裂）

     防止开裂的措施

     从以上的分析可以看出，刀刃淬裂的原因不是因为刀刃冷却收缩时缩裂，而是因为刀背冷却收缩时刀条向后弯曲产生的拉应力把刀刃撕裂，一般开裂的地方主要在刀刃具有弧度转弯的地方，此处应力最集中。避免开裂的措施是利用刀背的余温及时对刀刃进行回火。我一般的做法是：对于单刃刀不用敷土烧刃，以便通过颜色判断温度。把浇红的刀条浸入入水中，刀刃向下，浸入的深度为刀条宽度的一半，有点倾斜，刀尖部分刚好浸入水中为宜，保持1~1.5秒(此时刀刃已经冷却到200度以下，而刀背还处于红色状态)，迅速把刀条从水中抬起，两眼紧盯刀条冷区和热区之间的交界线，此时交界线之间会出现一条“彩虹”，在刀背剩余温度的作用下，“彩虹”向刀刃移动，当“彩虹”的金黄色区域靠近刃口时再一次把刀刃浸入水中，又迅速抬起来，仍然密切观注“彩虹”的变化，当“彩虹”继续向刃口移动时，再一次把刀刃浸入水中。总之，烧刃结束后，“彩虹”金黄色区域刚好进入刃口为最佳!实际操作过程一定要做到眼疾手快，如果回火不及时，刀刃可能淬裂，即使不裂，刀刃韧性不足，容易崩口；回火温度过高，淬不硬。不熟悉的朋友可以先随便拿几块铁板试试，看清楚了手熟练了再试刀，以免造成不必要的损失。我用这个方法处理过的轴承钢可以大力砍钢筋不卷口不崩口。效果非常令我满意。

     最后说明

一、以上方法适用于不太长的单刃刀，双刃刀暂时不讨论。
二、不同的钢材回火温度不相同，比如轴承钢为“彩虹”金黄色区域到达刃口为最佳，而弹簧钢可以蓝色接近刃口。关于回火色标温度，以后有机会再述。
三、欢迎不同见解的朋友搬砖。

刀仙袁氏

我觉得,在烧刃的过程中,热胀裂可能并不是最主要的原因.有可能组织胀裂的影响更大一些.

村长

淬裂的原因主要是内应力造成，由于冷却的过程有先有后，当刀刃冷却收缩时，刀背温度很高，还是“软”的状态，刀刃收缩，刀背跟着变形，不会有什么问题。当刀刃冷却定形以后，刀背才缓慢冷却收缩，此时刀刃已淬硬，无法塑性变形，只有开裂。如果刀刃及时回火，消除了内应力，不会开裂而且硬度不变，由于消除了内应力，硬度和韧性有可能还会增加。

mysjs-2007

既然是烧刃，还是采用覆土法处理一下更好些，对刀身和刀背也不是不淬火了只是要求淬硬度不是那么高而已。
至于刀是否会像武士刀那样有反出现，看烧的温度和覆土的方式。
你这个请教一下，刃口区的硬度和刀背的硬度大约各是多少。

老刀301

板凳，学习

皓然

向村长学习,

雪依冷

学习中。。。。

刀子008

脆裂的原因还有材料的正火、调制、甚至是退火都没做好。应该退火后再淬火。

轻狂一笑

学习中

wanfaxuan

学习．．．．．．．．．．．．

普京

所以，当我们把烧红的刀条放入淬火剂时，刀刃迅速冷却，尺寸收缩，此时因为刀身和刀背的温度还很高，仍然具有良好延展性和塑性，这时候由于刀刃收缩形成内应力不是很大。当刀刃冷却定形以后，刀背刀身逐渐冷却收缩，整个刀条向后弯曲变形。此时由于刀刃已经淬硬，失去塑性变形的能力，刀刃在刀背收缩应力的作用下很容易被撕裂。（淬火后得到的马氏体本身残存大量的内应力，高硬度高脆性，刀背又比刀刃厚很多，其冷却收缩过程产生的应力足以把刃口撕裂）



   对于这个说法，个人有不同意见。
   马氏体钢（也就是淬硬部分）的体积比奥氏体（未淬硬部分）要大。这才是造成日本刀体弯曲的主要原因。看过一段国家地理的视频，刀下水之后，刀体先在瞬间向刃口方向弯曲，紧接着就向刀背方向弯，直至定型。由此，我们可以想象刀体组织的变化过程。
至于淬裂，根据我的经验，是因为温度问题。一是覆土部分的温度未达到红热状态时贸然下水。二是刀体加热不均匀。

730626

方法可以,但是想要烧出好刃纹就不可能了,所以我觉得还是在出水时机上下工夫较好,浮土后下水到刃部完全不红了,迅速转到冷速比较合理的油里完全冷透

村长

回10楼:“刀下水之后，刀体先在瞬间向刃口方向弯曲”，正是说明了刃口冷却瞬间尺寸收缩；“紧接着就向刀背方向弯，直至定型”也正好说明了此时刀背在收缩，此现象与我上文的描述并不矛盾。马氏体钢比奥氏体钢要大，这只是在微观状态下而言，与热胀冷缩的变形幅度相比是很微小的，所以在这里所指的内应力的产生主要还是热胀冷缩引起。
我上文讨论的问题是假定温度达到理想状态下非敷土烧刃因手法不当引起的淬裂，对于温度的问题不作讨论。你认为温度问题引起淬裂同样是正确的，正如你所说：“一是覆土部分的温度未达到红热状态时贸然下水。”此时覆土部分的温度未达到红热状态，也就是未达到奥氏体化，它的强度仍然很高，此时刀刃急速冷却收缩，而覆土部分因强度高无法变形，其产生的应力可以把刃口撕裂。从内应力的角度来看，与我上文的内应力分析仍然是相通的。

[ 本帖最后由 村长 于 2008-6-6 21:24 编辑 ]

普京

原帖由 青松 于 2008-6-6 21:10 发表
日本刀的反弯不仅是由于马氏体和奥氏体的结晶体积问题, 还在于刀刃和刀背的钢材不同.

低碳钢不能产生足够的马氏体。说到底是还是马氏体和奥氏体的体积问题。

普京

原帖由 村长 于 2008-6-6 21:21 发表
回10楼:“刀下水之后，刀体先在瞬间向刃口方向弯曲”，正是说明了刃口冷却瞬间尺寸收缩；“紧接着就向刀背方向弯，直至定型”也正好说明了此时刀背在收缩，此现象与我上文的描述并不矛盾。马氏体钢比奥氏体钢要大 ...

我们的观点不一致，也不相通。
你强调的是刀体的变形和爆裂是取决于热胀冷缩现象，我强调的是刀体的变形和爆裂是取决于钢材的结构体变化造成。
向刀背弯曲不能证明刀背在收缩，但是我可以证明刀口在膨胀。马氏体的体积膨胀比你想象的要大。

村长

回11楼：我这里讨论的是单刃刀非覆土烧刃，是没有刃纹的。刃纹是由于覆土形成的刀体表面成分略有不同而具有的现象，不是因为淬火的原因造成。至于你提到的双液淬火，如有需要，我可以另开一帖来讨论。



PS：我没有发图的权限，这里多少分才能发图啊？

村长

我们的观点不一致，也不相通。
你强调的是刀体的变形和爆裂是取决于热胀冷缩现象，我强调的是刀体的变形和爆裂是取决于钢材的结构体变化造成。
向刀背弯曲不能证明刀背在收缩，但是我可以证明刀口在膨胀。马氏体的体积膨胀比你想象的要大。


热胀冷缩和组织转变都会引起变形而产生内应力，这个过程是很复杂的，至于谁大谁小，我没有作过专门的研究，但我个人从直观的角度判断热胀冷缩要大些。淬裂的本质问题仍然是内应力的作用，消除内应力的办法只有在淬裂前及时回火。

看过普京兄的不少文字，从中到不少东西，若你不说组织转变引起体积变化，我还真没考虑到。

[ 本帖最后由 村长 于 2008-6-6 21:56 编辑 ]

老喜

有介绍“强烈淬火技术”。（没看懂。。。）

http://www.china-metallography.c ... new-material043.htm