專利名稱：具有馬氏體邊界層的進餐和/或分餐餐具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由鋼材制成的進餐和/或分餐餐具，所述餐具由具有基本 上為馬氏體的邊界層的鐵素體芯材形成。對于本發(fā)明的進餐和/或分餐餐
具，根據(jù)依照維氏HV3的硬度測試確定的邊界層的表面硬度比同樣依照 維氏HV3測定的芯材的最低硬度值高30°/。 300%。
背景技術(shù)：
對于進餐和/或分餐餐具，特別是對于刀具，刀刃的基本材料通常包 含一般經(jīng)熱處理而硬化的鋼，從而改善切削能力和邊緣保持性。因此， 熱處理的類型還取決于所用的鋼，即所用的鋼是低合金鋼還是高合金鋼。
因此，存在可能主要作為熱處理方法的標準方法，例如在爐溫處理。 所述工序必須采用的硬化溫度因而取決于鋼的種類并可能超過IOOO'C。
此外，硬化方法在現(xiàn)有技術(shù)中也已經(jīng)眾所周知，其中，硬化通過激 光束和/或電子束來實施。
然而目前在實踐中發(fā)現(xiàn)，這些熱處理方法和/或上述關(guān)于進餐和/或分 餐餐具的其他硬化方法并不能總是獲得令人滿意的結(jié)果。主要原因在于 作為上述硬化方法的結(jié)果，通常實現(xiàn)了整個鋼材的完全硬化，然而對于 通過個別部位起作用的進餐和/或分餐餐具，例如刀或叉而言，所需的整 體可用性尤其是它們的彈性被削弱。此外還發(fā)現(xiàn)在許多情況下，由此所 能獲得的表面硬度也并不足以防止進餐和/或分餐餐具在持續(xù)使用時被擦 傷。在某些情況下，還發(fā)現(xiàn)了表面生銹。
因此，非常需要對進餐和/或分餐餐具進行改善，以使其在長期使用 時也能具有高彈性，同時具有耐刮擦和耐腐蝕的優(yōu)異的表面性能
發(fā)明內(nèi)容
基于此，本發(fā)明的目的是提供這樣的進餐和/或分餐餐具其在彈性 方面優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，同時具有較高的表面硬度，并且即使在長期使用時 也能獲得廣泛避免刮擦且耐腐蝕的表面性能。
該目的通過權(quán)利要求1的特征得以實現(xiàn))人屬權(quán)禾腰求顯示了有利的發(fā)展。 本發(fā)明因此提出了將鋼材用于本發(fā)明的進餐和/或分餐餐具，所述餐 具由具有基本上為馬氏體的邊界層的鐵素體芯材構(gòu)成。邊界層可以配置 在芯材的一側(cè)或多側(cè)，或者包圍芯材而配置。本發(fā)明還連帶地包括以下實 施方式其中邊界層另外具有小比例的殘余奧氏體，這取決于其中包含的 鋼材中的C含量和N含量。對于本發(fā)明而言重要的是，依照維氏HV3測
定的邊界層的表面硬度和芯材的最低硬度之間存在至少30% 300%的硬
度差。本發(fā)明的進餐和/或分餐餐具的區(qū)別特征除了具有上述硬度差之外， 還在于在馬氏體邊界層和芯材之間還存在彈性模量的差別。根據(jù)本發(fā)明，
測量出的以KN/mm2為單位的馬氏體邊界層的彈性模量比芯材的彈性模量 高1°/。 100%。
發(fā)現(xiàn)滿足上述條件的進餐和/或分餐餐具可實現(xiàn)本發(fā)明所設(shè)定的目
的。顯然，這可以歸因于以下因素根據(jù)本發(fā)明，允許芯材有相應(yīng)的彈 性，即芯材由保留了未處理鋼材本身的固有性能的鐵素體材料形成，不 過配置了邊界層從而產(chǎn)生了如上所述的硬度差或者彈性模量差。在測試 中，發(fā)明人能夠證實，本發(fā)明的進餐和/或分餐餐具不僅具有非常高的彈 性，而且表面刮擦也可以廣泛避免。
對于本發(fā)明的進餐和/或分餐餐具，優(yōu)選的是邊界層的表面硬度與芯 材的最低硬度之間的硬度差為80°/。 250%，更優(yōu)選為100% 250%。優(yōu) 選的是，馬氏體邊界層的表面硬度可以為320HV3 650HV3，芯材的最 低硬度為160HV3 260HV3。關(guān)于維氏硬度測試，參考了依據(jù)DINEN ISO 6507的公知標準。
對于彈性模量而言特別有利的是，如果馬氏體邊界層和芯材之間存 在彈性模量，則條件是邊界層的彈性模量比芯材的彈性模量高1% 50%。 以KN/mm2為單位的彈性模量的確定在2(TC進行。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的進餐和分餐餐具的邊界層通過硬度滲透深度(HPD)來界定，HPD是指從硬度比所述芯材的最低硬度增加30%之處 起直至所述邊界層的表面的深度，所述硬度依照HV3測量。在本發(fā)明中， 硬度滲透深度(HPD)因而可以為0.005 mm 1.0mm，優(yōu)選為0.01 mm 0.4 mm，特別優(yōu)選為0.01 mm 0.3 mm。
本發(fā)明的邊界層的其它特征是，如上述定義，在馬氏體邊界層內(nèi)， 硬度和彈性模量從表面起向芯材的方向減小。硬度或者彈性模量的減小 可以是連續(xù)式和/或梯度式。硬度或彈性模量的最大減小量因而位于邊界 層本身靠近表面的區(qū)域。
在本發(fā)明的進餐和/或分餐餐具中，另外優(yōu)選的是馬氏體邊界層的表 面經(jīng)粗糙化和/或經(jīng)亞光處理。表面粗糙度因而可以為1.5 pm 4.0 pm。 優(yōu)選的是粗糙度為1.9 fim 2.8 pm(透明膠帶)或1.7pm 2.1nm(經(jīng)刷擦)。 相比之下，經(jīng)拋光表面的粗糙度為0.8 pm 1.3 |im。
因此顯示，即使進餐和/或分餐餐具具有由于頻繁使用(例如在洗碗 機中)所致的亞光表面，刮擦所致的表面損傷也得以減少。如前文所述， 這歸因于馬氏體邊界層與柔性或彈性芯材結(jié)合的構(gòu)造。
從材料的角度出發(fā)，原則上所有的鐵素體鋼都可被用于本發(fā)明的進 餐和分餐餐具。
鐵素體鋼的實例是1.4021、 1.4000、 1.4016、 1.4028、 1.4024、 1.4034 以及1.4116。優(yōu)選的是鋼1.4021和1.4016。本發(fā)明的進餐和分餐餐具的 最基本的優(yōu)點在于可以選擇硬度相對較低因而彈性較高的鋼，隨后通 過下述處理方法構(gòu)造馬氏體邊界層。由于馬氏體邊界層，使得硬度明顯 提高，同時保留了彈性芯材，由此獲得了優(yōu)異的耐刮擦性和耐腐蝕性。
此外還顯示出，邊界層的表面具有紋理構(gòu)造，這可通過與未處理的 鋼相比具有更大的粒度來判別，而且顆粒邊界處沒有發(fā)生碳化鉻析出。
關(guān)于進餐和分餐餐具，本發(fā)明基本包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的所有相 應(yīng)的物體。其實例為刀、勺、叉、餅干和糕點鏟、約、鉗以及分餐器件。
在本發(fā)明的進餐和分餐餐具中，馬氏體邊界層的構(gòu)造可以通過熱處 理、優(yōu)選通過所謂的"滲氮"來實現(xiàn)。鋼材的滲氮本身是已知的現(xiàn)有技 術(shù)，例如在EP 0652300A1或DE 4033706中有所描述。邊緣滲氮時，該工序如下進行在含氮氣氛下于100(TC 120(TC的 溫度對鋼材進行處理，隨后冷卻。
令人驚異的是發(fā)現(xiàn)這樣的方法(現(xiàn)有技術(shù)公知并以術(shù)語"固溶氮化 (SolNit)工藝"表示的方法)使迸餐和分餐餐具具有優(yōu)異的性能。因此， 如前文所述，重要的是在本發(fā)明的進餐和分餐餐具中保持上述條件。


下面，參考圖la和lb對本發(fā)明進行更詳細的描述，但本發(fā)明的主 題不限于此。
圖1 a以圖示的方式顯示了在1.4016型鋼的實施例中熱處理后的硬度 趨勢，圖lb是截面拋光后50:l的放大圖。
具體實施例方式
在圖1所示的實施例的情況中，使用氮氣對WMF公司生產(chǎn)的由 1.4016型鋼制成的大湯匙在超過105(TC的溫度進行氮化，并迸行淬火或 深冷以及退火。材料1.4016、 X7鉻17是含碳0.06°/。 0.1%的鐵素體鋼。 通過包含氮，產(chǎn)生晶格應(yīng)力，在退火過程中形成了馬氏體，如圖lb所示， 馬氏體朝向?qū)?yīng)于內(nèi)容物的芯材減少。
如圖la所示，大湯匙的表面硬度為594HV3。在該實施例的情況下， 硬度滲透深度為106 )tim。本發(fā)明中硬度滲透深度的計算從硬度(也以HV3 測定)比芯材的最低硬度增加30。/。處開始計算。在該實施例的情況下， 起始值為240 HV3。
圖lb非常清楚地顯示出紋理構(gòu)造(從中可看到馬氏體邊界層)和基 本上為鐵素體的芯材。經(jīng)處理的表面的根據(jù)平均測量法測定的平均粒度 為28^im 40(im。芯材中經(jīng)處理的部分的粒度為15|am 20|im，而未處理 的原始材料的粒度線性地為10i_im 14^im。
令人驚異的是，發(fā)現(xiàn)具有上述表面構(gòu)造的進餐和/或分餐餐具具有優(yōu) 異的耐腐蝕性和耐刮擦性。
權(quán)利要求
1.一種由鋼材制成的進餐和/或分餐餐具，所述餐具由具有基本上為馬氏體的邊界層的鐵素體芯材形成，根據(jù)依照維氏HV3的硬度測試(DINISO EN 6507)確定的所述邊界層的表面硬度比依照維氏HV3測定的所述芯材的最低硬度高30％～300％。
2. 如權(quán)利要求1所述的進餐和/或分餐餐具，其特征在于所述邊界層的表面硬度與所述芯材的最低硬度之間的硬度差為80% 250%，優(yōu)選為100% 250%。
3. 如權(quán)利要求2所述的進餐和/或分餐餐具，其特征在于所述邊界層的表面硬度為320HV3 650HV3，所述芯材的最低硬度為160 HV3 260 HV3。
4. 如權(quán)利要求1 3中任一項所述的進餐和/或分餐餐具，其特征在于所述邊界層通過硬度滲透深度(HPD)來界定，所述硬度滲透深度是指從硬度比所述芯材的最低硬度增加30%之處起直至所述邊界層的表面的深度，所述硬度依照HV3測定。
5. 如權(quán)利要求4所述的進餐和/或分餐餐具，其特征在于所述硬度滲透深度為0.005mm 1.00mm，優(yōu)選為0.01mm 0.4mm，特別優(yōu)選為0.01mm 0.3mm。
6. 如權(quán)利要求1 5中任一項所述的進餐和/或分餐餐具，其特征在于所述馬氏體邊界層的以KN/mn^為單位的彈性模量比所述芯材的以KN/mmS為單位的彈性模量高1% 100%。
7. 如權(quán)利要求4所述的進餐和/或分餐餐具，其特征在于所述馬氏體邊界層的彈性模量比所述芯材的彈性模量高1% 50%。
8. 如權(quán)利要求1 7中任一項所述的進餐和/或分餐餐具，其特征在于在所述馬氏體邊界層內(nèi)，硬度和/或彈性模量從表面起向所述芯材減
9.如權(quán)利要求1 8中任一項所述的進餐和/或分餐餐具，其特征在于所述馬氏體邊界層的表面經(jīng)粗糙化和/或經(jīng)亞光處理。
10. 如權(quán)利要求9所述的進餐和/或分餐餐具，其特征在于根據(jù)DINISO EN 4287測定的表面粗糙度為1.5|im 4.0^im。
11. 如權(quán)利要求10所述的進餐和/或分餐餐具，其特征在于所述鋼材選自1.4016、 1.4021、 1.4000、 1.4028、 1.4024、 1.4034和1.4116。
12. 如權(quán)利要求1 11中任一項所述的進餐和/或分餐餐具，其特征在于所述馬氏體邊界層的表面沒有位于顆粒邊界處的碳化鉻析出。
13. 如權(quán)利要求1 12中任一項所述的進餐和/或分餐餐具，其特征在于與未硬化的表面相比，所述馬氏體邊界層的表面具有更大的粒度。
14. 如權(quán)利要求1 13中任一項所述的進餐和/或分餐餐具，其特征在于所述馬氏體邊界層通過熱處理來獲得。
15. 如權(quán)利要求14所述的進餐和/或分餐餐具，其特征在于所述熱處理通過在含氮氣氛下于高溫進行滲氮，隨后進行冷卻來實施。
16. 如權(quán)利要求1 11中任一項所述的進餐和/或分餐餐具，其特征在于所述餐具為刀、叉或勺。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由鋼材制成的進餐和/或分餐餐具，所述餐具由具有基本上為馬氏體的外殼的鐵素體芯材形成。在本發(fā)明的進餐和/或分餐餐具中，根據(jù)依照維氏HV3的維氏硬度測試確定的所述外殼的表面硬度比同樣依照維氏HV3測定的所述芯材的最低硬度高30％～300％。所述外殼的彈性模量也高于所述芯材。表面處理優(yōu)先采用滲氮和熱處理的方式。
文檔編號C21D1/06GK101627136SQ200880003667
公開日2010年1月13日 申請日期2008年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者亞歷山大·基弗, 京特·比爾邁爾, 沃爾夫?qū)じダ锎? 科尼利厄斯·波尼爾, 西達·斯托丁格爾, 馬丁·諾伊邁爾 申請人:Wmf股份公司