專利名稱：馬氏體時(shí)效型鋼的等離子滲氮、電動(dòng)剃須刀的剃刀蓋、用該鋼制造的切削器具以及一種電 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可沉淀硬化的不銹鋼或馬氏體時(shí)效處理不銹鋼的等離子滲氮的方法。本發(fā)明還涉及一種剃須刀蓋和一種切削器具。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種電動(dòng)剃須刀。
多年以來(lái)，馬氏體時(shí)效型鋼一直被用于工業(yè)中必須使用硬化鋼的應(yīng)用場(chǎng)合。舊有的硬化鋼的諸多方法，有些可追溯到數(shù)千年前，例如加熱并淬火，已經(jīng)被更先進(jìn)的方法所代替，例如等離子滲氮，其中氮被包含在金屬的結(jié)構(gòu)中。金屬結(jié)構(gòu)的這一改變?cè)阡撝萍耐獗砻娈a(chǎn)生了一薄層硬化的金屬，使之耐磨性大大提高。
不銹鋼被賦予許多有用的品質(zhì)，它們?cè)诟鱾€(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。然而，硬度不是不銹鋼特別的優(yōu)點(diǎn)。由于一些不希望的反應(yīng)，不銹鋼的硬化受到折衷處理，這些反應(yīng)確實(shí)能夠使鋼更硬，但卻降低其耐腐蝕性。
到目前為止，馬氏體時(shí)效型鋼多被用于硬度作為首要因素的場(chǎng)合，但馬氏體時(shí)效型鋼的耐腐蝕性留下了改進(jìn)的空間。已證明最近的一個(gè)硬度和耐腐蝕性之間的兩難選擇的例子是CoolskinPhilishave。這是一種可用來(lái)濕刮的電動(dòng)剃須刀，被研制用來(lái)將使用剃刀濕刮的優(yōu)點(diǎn)和電動(dòng)剃須刀的安全特性結(jié)合。該剃須刀使用具有用非常薄的鋼片制成的外部刀片的剃刀頭。從Coolskin Philishave問世起就有一個(gè)外部刀片磨損過(guò)快的問題。由于所需的硬度，這種刀片用馬氏體時(shí)效型鋼制造以滿足對(duì)足夠硬的不銹鋼的替代品的需求，但已證明這仍然是不夠硬的耐磨層。同時(shí)顯然還需要耐腐蝕性的改進(jìn)，并且雖然上面特別提到的是關(guān)于Coolskin Philishave型的剃須刀，顯然改善另一類型的剃須刀的切削元件的耐腐蝕性也是有利的。
根據(jù)所述工藝的現(xiàn)有狀態(tài)進(jìn)一步硬化馬氏體時(shí)效型鋼具有硬度確實(shí)可增高，但韌性會(huì)相應(yīng)降低的缺點(diǎn)。換言之，硬化的鋼變脆，使之不適于特定的目的?？梢栽O(shè)想，這一問題在，例如，滾球軸承中不太敏感，因其中的硬化表面比剃須刀刀片難變形，該剃須刀刀片很薄(在70μm的數(shù)量級(jí))且易變形。硬度的增高損害馬氏體時(shí)效型鋼的耐腐蝕性。
鋼以不同的結(jié)晶狀態(tài)存在，換言之，原子可以按不同的結(jié)構(gòu)排列。加入其他元素也可以改變鋼的原子結(jié)構(gòu)，并因此改變其性質(zhì)。不銹鋼，例如，是一種具有高達(dá)18％的鉻和約11％的鎳的鋼的合金，賦予這種鋼其不生銹的耐腐蝕性能。由于其中含有碳，鋼本身比純鐵硬。本發(fā)明所感興趣的鋼的主要狀態(tài)是馬氏體和奧氏體。其中，奧氏體是較軟的、更易變形的狀態(tài)。一般地可以說(shuō)構(gòu)件用奧氏體狀態(tài)的金屬成形，并隨后通過(guò)加熱硬化而將金屬至少部分地轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體狀態(tài)。傳統(tǒng)上鋼被淬火，也就是說(shuō)，快速冷卻下來(lái)，以在較低溫度保持馬氏體狀態(tài)。另一廣泛應(yīng)用的方法是沉淀硬化。
在本領(lǐng)域針對(duì)改善某些不銹鋼和非不銹的馬氏體時(shí)效型鋼的硬度的問題已經(jīng)提出了幾種解決方案。歐洲專利EP1008659公開了一種用特定類型的馬氏體硬化鋼制造鋼板方法。所公開的方法教導(dǎo)時(shí)效硬化溫度必須保持在奧氏體/馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以下，并且表面硬化也在奧氏體/馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以下的溫度實(shí)現(xiàn)。本領(lǐng)域公知的方法的一個(gè)缺陷是該方法只適用于不耐腐蝕的鐵-鎳-鈷?cǎi)R氏體時(shí)效型鋼。
本發(fā)明的目的在于提供一種具有很高的硬度和很好的耐腐蝕性，同時(shí)保持足夠的抗拉強(qiáng)度的鋼。
為達(dá)到此目的，本發(fā)明提供一種對(duì)可沉淀硬化的鋼或馬氏體時(shí)效型鋼進(jìn)行等離子滲氮的方法，其特征在于該馬氏體時(shí)效型鋼是一種不銹的馬氏體時(shí)效型鋼，且該等離子滲氮在低于500℃的溫度下進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的方法可以達(dá)到的最終硬度超過(guò)1400HV。與基質(zhì)材料相比，化合物層的楊氏模量也提高20％到25％。根據(jù)本發(fā)明的方法可以被用于已經(jīng)硬化的馬氏體時(shí)效型鋼和可沉淀硬化的不銹鋼，或?qū)υ撲撏瑫r(shí)進(jìn)行沉淀硬化和等離子滲氮。盡管現(xiàn)有技術(shù)公開了一種生產(chǎn)鋼板的方法，本發(fā)明可以被用于各種產(chǎn)品的生產(chǎn)，特別是尺寸精確的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品可以在應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法之前被制成所需要的尺寸，提供了如下優(yōu)點(diǎn)同樣小的機(jī)械零件，例如剃須刀頭或切削工具的零件，可以被制成很硬，耐腐蝕性很好，且具有足夠的韌性的元件。
歐洲專利EP1094127提出在450-530℃的溫度對(duì)馬氏體時(shí)效型鋼進(jìn)行等離子滲氮。這一溫度范圍與取決于鋼的組成的馬氏體和奧氏體間的轉(zhuǎn)變溫度相對(duì)應(yīng)。在這一溫度，鋼可以通過(guò)沉淀硬化而硬化。然而該文獻(xiàn)未提及該工藝還可以被有用地用于不銹鋼。美國(guó)專利US6033496描述了沉淀硬化和等離子滲氮的結(jié)合，其中指出兩個(gè)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行。美國(guó)專利US5953966教導(dǎo)了在低于奧氏體/馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的溫度進(jìn)行等離子滲氮。該文獻(xiàn)涉及螺絲刀頭，其獲得的硬度高達(dá)3000HV。它并未教導(dǎo)該方法用于不銹鋼。美國(guó)專利US5503687教導(dǎo)了在1000-1200℃的溫度對(duì)不銹鋼應(yīng)用溶解滲氮(solution-nitriding)。最后，美國(guó)專利US6007871教導(dǎo)了在500℃對(duì)含鉻鋼應(yīng)用等離子滲氮，但將該工藝與添加一氮化鈦層結(jié)合以進(jìn)一步硬化。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法對(duì)精細(xì)零件，例如上述剃須刀片的生產(chǎn)呈現(xiàn)幾個(gè)問題。高溫處理會(huì)導(dǎo)致該產(chǎn)品的空間扭曲。而且鉻化合物，特別是氮化鉻的形成對(duì)耐腐蝕性有不利影響。但是，最重要的是，對(duì)不銹鋼提出的方法都不能產(chǎn)生足夠的硬度。
優(yōu)選地，等離子滲氮與沉淀硬化同時(shí)進(jìn)行，或在沉淀硬化之后進(jìn)行。氮化和沉淀硬化的結(jié)合顯然得到了一種不太復(fù)雜的工藝路線。
根據(jù)所涉及的材料的組成，進(jìn)行等離子滲氮和沉淀硬化的溫度范圍為300℃-500℃，優(yōu)選370-380℃，更優(yōu)選375℃，但決不超過(guò)500℃。根據(jù)本發(fā)明的等離子滲氮方法的持續(xù)時(shí)間取決于硬化層的所需厚度和所用的溫度。例如，在500℃等離子滲氮2h得到22μm的層厚，在450℃等離子滲氮5h得到17μm的層厚，且在375℃等離子滲氮20h得到8μm的層厚。根據(jù)本發(fā)明的等離子滲氮還可以根據(jù)工藝的狀態(tài)進(jìn)行，并使用脈沖等離子方式且用氮?dú)庾鞯?。所得到的硬度可高達(dá)1500HV，一個(gè)按現(xiàn)有技術(shù)，特別是美國(guó)專利US6007871看來(lái)了不起的值。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以被用于生產(chǎn)任何被要求同時(shí)具有很好的耐腐蝕性和耐磨性的鋼構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明的方法特別適用于薄和/或形狀復(fù)雜的構(gòu)件和要求高抗拉強(qiáng)度的構(gòu)件。這樣的構(gòu)件的例子有剃須刀片、剃刀、切削工具、旋轉(zhuǎn)刀，如廚房設(shè)備中用的，汽車零件，以及許多其他構(gòu)件。
本發(fā)明還涉及一種由馬氏體時(shí)效處理或可沉淀硬化的不銹鋼制成的電動(dòng)剃須刀的剃刀蓋，其特征在于該馬氏體時(shí)效型鋼或不銹鋼剃刀蓋是在500℃以下的溫度進(jìn)行等離子滲氮的。所述不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)已在上文描述。根據(jù)本發(fā)明的剃刀蓋不局限于用于某種特定類型的電動(dòng)剃須刀蓋，所有類型的電動(dòng)剃須刀都可以被提供根據(jù)本發(fā)明的蓋。
本發(fā)明還涉及一種由馬氏體時(shí)效處理或可沉淀硬化的不銹鋼制成的切削器具，其特征在于該馬氏體時(shí)效型鋼或不銹鋼是在500℃以下的溫度進(jìn)行等離子滲氮的。切削器具或切削元件是指一種單獨(dú)操作的切削刀片或與其他切削刀片一起工作的切削刀片。這種一起工作的切削刀片的結(jié)構(gòu)可以在，例如，一種具有由一個(gè)具有固定位置的外部相對(duì)切削元件(蓋)環(huán)繞的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)(例如旋轉(zhuǎn)或往復(fù)線性運(yùn)動(dòng))的切削元件的剃須刀中發(fā)現(xiàn)。所述的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)切削元件和外部固定相對(duì)切削元件在本申請(qǐng)中都稱為切削元件。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及包含至少一個(gè)這樣的切削元件的電動(dòng)剃須刀。
本發(fā)明將通過(guò)以下給出的幾個(gè)非限制性的實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1將Sandvik 1RK91馬氏體時(shí)效處理的不銹鋼進(jìn)行等離子滲氮和時(shí)效結(jié)合的一步處理以制造根據(jù)本發(fā)明的剃須刀蓋。
剃須刀頭用帶材沖壓而成，且通過(guò)熱處理使其顯微結(jié)構(gòu)70％轉(zhuǎn)變成硬度為300HV的馬氏體。該剃須刀頭被加工成其最終的具有槽和孔的形狀。然后將該剃須刀頭在一個(gè)375℃，氮?dú)鈮毫?00-475Pa的脈沖等離子滲氮爐中處理20小時(shí)。在該剃須刀頭被氮化的同時(shí)發(fā)生沉淀硬化(老化(ageing))。在約70μm的平均片層厚度中得到10-20μm的化合物層。這在

圖1的硬化層的截面圖中示出。在被化合物層包圍的其余基體材料中，硬度通過(guò)沉淀硬化(老化)升高到500HV。由于沉淀硬化(老化)和氮化的共同作用，化合物層硬度達(dá)到1500HV。
實(shí)施例2將Sandvik 1RK91馬氏體時(shí)效處理的不銹鋼或Carpenter Custom465馬氏體時(shí)效處理的不銹鋼進(jìn)行等離子滲氮和時(shí)效結(jié)合的一步處理以制造本發(fā)明的切削器具。
用最初顯微結(jié)構(gòu)中含有約80％馬氏體，硬度為325HV以上的0.3mm厚冷軋帶材沖壓并形成一種旋轉(zhuǎn)剃須切削器。通過(guò)電火花侵蝕將該切削器的腿整平并使之鋒利。然后將該剃須刀頭在一個(gè)375℃，氮?dú)鈮毫?00-475Pa的脈沖等離子滲氮爐中處理20小時(shí)。在該旋轉(zhuǎn)切削剃須刀頭被氮化的同時(shí)發(fā)生沉淀硬化(老化)。10-20μm的化合物層形成了切削器的整個(gè)表面。在被化合物層包圍的其余基體材料中，硬度通過(guò)沉淀硬化(老化)升高到500HV或更高。通過(guò)沉淀硬化(老化)和氮化的共同作用，化合物層硬度達(dá)到1500HV。
權(quán)利要求
1.可沉淀硬化的不銹鋼或馬氏體時(shí)效型鋼的等離子滲氮方法，其特征在于所述的馬氏體時(shí)效型鋼是一種馬氏體時(shí)效型不銹鋼，且該等離子滲氮在低于500℃的溫度下進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于不銹鋼產(chǎn)品，如剃須刀零件、機(jī)械零件和切削工具可以在等離子滲氮進(jìn)行之前以所需要的尺寸制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的法，其特征在于所述的等離子滲氮在沉淀硬化的同時(shí)或之后進(jìn)行。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于所述的等離子滲氮和/或沉淀硬化在300-500℃，優(yōu)選370-380℃，更優(yōu)選375℃的溫度下進(jìn)行。
5.用于電動(dòng)剃須刀的剃須刀蓋，其由馬氏體時(shí)效型或可沉淀硬化的不銹鋼制成，其特征在于所述的馬氏體時(shí)效型鋼或不銹鋼剃須刀蓋在低于500℃的溫度下等離子滲氮。
6.由馬氏體時(shí)效型或可沉淀硬化的不銹鋼制成的切削裝置，其特征在于所述的馬氏體時(shí)效型鋼或不銹鋼在低于500℃的溫度下等離子滲氮。
7.包含至少一種根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的切削元件的電動(dòng)剃須刀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)可沉淀硬化的不銹鋼或馬氏體時(shí)效型不銹鋼進(jìn)行等離子滲氮的方法。本發(fā)明還涉及一種用于電動(dòng)剃須刀的剃須刀蓋。本發(fā)明還涉及一種切削器具。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種包含至少一種這樣的切削器具的電動(dòng)剃須刀。
文檔編號(hào)B26B19/00GK1671880SQ03818224
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2003年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月29日
發(fā)明者H·S·布拉奧, H·德比尤斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司