[发明专利]一种具有自锋利功能的刀具及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及刀具及其加工方法，具体地说是涉及一种具有自锋利功能的刀具及其加工方法，属于机械制造技术领域。 

背景技术

国内传统的医用钻头、医用铰刀、医用丝锥等医用刀具材料普遍选用2Cr13、3Cr13，这些材料的机械加工性能好，经调质处理后具有优良的耐腐蚀性能、抛光性能和较高的强度。但是，硬度高的医用刀具韧性特别差，且非常容易磨损，在使用过程中很快就会变钝，这不仅给正在进行手术的医生带来很大不便，而且还增加了患者的痛苦和损伤。此外，医用刀具一般都是一次性的，很难重新磨制锋利后再次使用，这便造成了极大的浪费。因此，需要一种具有自锋利功能的材料结构运用在刀具上，以防止或减缓刀具的钝化。 

红条毛肤石鳖牙齿是目前已发现的所有生物矿物中硬度最高的材料，其在终生使用过程中会始终保持一个锋利的切割刀口，这种自锋利特性形成的主要原因之一便是其硬度分布。研究表明，石鳖牙齿背部的硬度值为200~300HV,而腹部的硬度高达400~500HV，背部和 

腹部之间存在一个过渡区，硬度值介于两者之间。牙齿在取食过程中，由于腹部区域硬度高，背部区域硬度低，在相同的磨损条件下，背部区域的材料损失要大于腹部区域。因此，牙齿会在腹部前端始终保持一个锋利的切割刀口。

石鳖牙齿的这种自锋利特性在海胆牙齿中也存在，是生物体为适应环境而长期演化形成的。这种巧妙的材料结构若能运用在机加工刀具上，一定能延长刀具使用寿命，从而提高生产效率，降低成本和节省资源。 

马氏体时效不锈钢是由低碳马氏体相变强化和时效强化叠加的高强度不锈钢，该类钢强化的常用手段便是加入合金元素Ti、Mo、Al等，形成新的沉淀强化相，如Fe2Mo、Ni3Mo、Ni3Ti、Ni3Al等，从而阻止位错的运动，使得其在保持超高强度的同时还能拥有良好的韧性、耐蚀性和焊接性等特点，因此，被广泛应用在航空、航天、海洋开发、医疗器械等重要构件中。采用马氏体时效不锈钢做的医用刀具性能非常优异，但若通过传统的拉拔或轧制处理，其高硬度将不利于刀具的生产制造。 

发明内容

本发明旨在提供一种具有自锋利功能的刀具及其加工方法，以克服刀具在使用过程中很快就钝化的缺点。 

为了实现上述目的，本发明的技术方案是： 

具有自锋利功能的刀具包括顺次设置的硬度为350~600HV的硬质材料层、硬度介于硬质材料层和软质材料层两者之间呈递减分布的过渡质材料层和硬度为150~500HV的软材料层。

具有自锋利功能的刀具的加工方法是： 

1）选择马氏体时效不锈钢作为刀具材料；

2）进行刀具的成型加工；

3）将刀具在950~1150℃温度范围内进行30min的固溶处理，水中冷却；

4）将刀具上表面抛光，去除污物，然后在吸入式气动喷丸机中对其进行喷丸处理；

5）将步骤4）处理后的刀具在450~500℃进行1~4h时效处理，空气

中冷却。

所述的喷丸处理的喷丸时间为1~20min；吸入式气动喷丸机的喷嘴离刀具上表面的距离为5~30mm，且喷嘴与上表面垂直；喷丸处理所用丸子种类为0.2~0.8mm名义粒径的304不锈钢丸或氧化锆陶瓷丸，喷丸处理所需的压强为0.4~0.8MPa。 

所述的马氏体时效不锈钢的名义成分和重量百分比为：C：≤0.03%； Cr：6.5~13.5%；Ni：7.5~10.5%；Mo：0~4.5%；Cu：0.5~2.5%；Ti：0.5~1.5%；Fe：余量。 

本发明提供的刀具加工方法简单易行，且在使用过程中会一直保持锋利的状态，大大延缓了刃口的钝化，从而延长刀具使用寿命，提高生产效率，降低成本和节省资源。另外，喷丸处理能使材料表面晶粒细化，并带进大量残余压应力，导致马氏体时效不锈钢表面获得高硬度的同时基体还保持了优异的韧性，这将大大有利于该刀具的生产制造。 

附图说明

图1是具有自锋利功能的刀具的结构示意图； 

图2是本发明实施例一中刀具纵截面的金相照片；

图3是本发明实施例一、二、三、四、五中刀具纵截面方向硬度与离上表面Ⅳ距离的关系；

图中，硬质材料层 ，过渡质材料层，软材料层，上表面Ⅳ。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明： 

实施例一