田筱維，王伯健，劉世峰，黃炳喜，李 安

(西安建筑科技大學(xué) 冶金工程學(xué)院，西安 710055)

?技術(shù)專論

不同材料金屬針布齒條的組織與性能

田筱維，王伯健，劉世峰，黃炳喜，李 安

(西安建筑科技大學(xué) 冶金工程學(xué)院，西安 710055)

為了研究梳理機(jī)用金屬針布齒條材料對(duì)其性能的影響，并為齒條制造廠選擇高硬度、高耐磨的金屬針布齒條材料提供借鑒，對(duì)鉆石型、先鋒型、狼牙型、藍(lán)鉆型、瑞士型金屬針布齒條進(jìn)行化學(xué)成分、金相組織和硬度測試，并對(duì)其組織及性能進(jìn)行研究比較。結(jié)果表明：采用80WV鋼制造的瑞士型金屬針布齒條的性能最好，而選用相同材料的鉆石型、藍(lán)鉆型及采用72NbV鋼的先鋒型次之，采用72B鋼的狼牙型性能最差。

金屬針布；齒條；成分；質(zhì)量分?jǐn)?shù)；金相組織；碳化物；硬度；測試；性能

金屬針布是梳棉機(jī)的關(guān)鍵梳理器材，它包覆在梳棉機(jī)的各個(gè)滾筒上對(duì)化纖、毛、棉等纖維進(jìn)行梳理，其齒尖面圓柱度、耐磨度、鋒利度、表面粗糙度和淬火均勻度(俗稱“五度”)直接影響梳棉機(jī)對(duì)纖維的梳理質(zhì)量[1]。金屬針布齒條基部要求塑性好，這主要是為了保證包卷齒條時(shí)伏貼在滾筒表面上，齒尖面圓柱度好[2-4]；對(duì)齒尖的要求是硬度高、耐磨損，這主要是為了延長金屬針布使用壽命[5-7]，因?yàn)榻饘籴槻紙?bào)廢的主要原因是齒尖不耐磨，耐用度低，這是其結(jié)構(gòu)和截面尺寸小的特點(diǎn)決定的。金屬針布齒條齒尖耐磨的首要條件是：合適的幾何參數(shù)、高硬度且具有隱針狀的馬氏體組織[8]，這些要求使其選材和熱處理變得尤為重要。筆者選用5種不同型號(hào)的金屬針布齒條，對(duì)比分析其硬度和金相組織，以期為齒條制造廠選擇齒條材料提供一定的參考。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 主要化學(xué)成分

試驗(yàn)用金屬針布齒條由南通某公司提供，其中瑞士型、藍(lán)鉆型、鉆石型齒條材料為80WV鋼，先鋒型為72NbV鋼，狼牙型為72B鋼，三種材料主要化學(xué)成分對(duì)比見表1。

表1 金屬針布齒條材料化學(xué)成分對(duì)比 單位：%

1.2 制取嵌樣觀察金相組織

用鉗子隨機(jī)剪取鉆石型、先鋒型、狼牙型、藍(lán)鉆型、瑞士型5種金屬針布齒條中間的一段并標(biāo)記，然后放在金相鑲樣機(jī)(XQ-1型)上制樣；用600號(hào)～2 000號(hào)砂紙依次對(duì)試樣進(jìn)行打磨，并在PG-2C型拋光機(jī)上用尼龍布進(jìn)行拋光；用4%硝酸酒精對(duì)試樣進(jìn)行腐蝕，并用酒精清洗、吹風(fēng)機(jī)吹干；最后，將腐蝕后的試樣置于型號(hào)為OHXMC50型光學(xué)顯微鏡下(500倍)，觀察齒尖金相組織并標(biāo)注、拍照。

1.3 測試硬度

試驗(yàn)用硬度計(jì)是上海某公司制造的401MVD型數(shù)顯顯微維氏硬度計(jì)。試驗(yàn)時(shí)，在制取的金相試樣上找到用光學(xué)顯微鏡看過金相組織并拍照的齒，在避開碳化物的情況下，從齒頂面下0.1 mm處開始，向基部依次測試8個(gè)點(diǎn)的硬度，試驗(yàn)載荷為25 g，保壓時(shí)間為10 s，如圖1所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 化學(xué)成分分析

由表1可以看出，80WV鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于72NbV鋼和72B鋼，80WV鋼高達(dá)0.83%，72B鋼僅有0.70%；而碳是鋼的主要強(qiáng)化元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)決定了金屬針布齒條齒尖的硬度和耐磨性；當(dāng)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在一定范圍內(nèi)時(shí)，齒尖的硬度及耐磨性隨著其增加而提高。80WV鋼中含合金元素W和V，而這兩種元素在72NbV鋼和72B鋼中很少或者沒有；W能顯著提高鋼的耐磨性及切削性能，V可以細(xì)化晶粒。80WV鋼中P、S含量極低，而72NbV鋼和72B鋼的P、S 含量約是80WV鋼的1.8倍；S使鋼偏析嚴(yán)重，P容易產(chǎn)生“冷脆”，因而P、S在鋼中都為有害元素，不宜過多。雖然3種材料都加入了Cr，但是80WV鋼的Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大，72B鋼僅為0.04%；Cr不僅能增加鋼的淬透性，且能改善鋼的抗氧化性能，減少脫碳傾向。

綜上，藍(lán)鉆型、鉆石型、瑞士型3種金屬針布齒條材料由于加入合金元素W、V等，與鋼中的基本元素Fe、C相互作用，其性能較先鋒型、狼牙型好；而先鋒型由于Nb、V元素的加入，性能較狼牙型要好。

2.2 金相組織分析

鉆石型、先鋒型、狼牙型、藍(lán)鉆型、瑞士型5種型號(hào)的金屬針布齒條試樣在光學(xué)顯微鏡下的金相組織，如圖2所示。

由圖2可以看出：狼牙型金屬針布齒條淬火后齒尖組織為隱針狀馬氏體+少量未溶碳化物，未溶碳化物的數(shù)量相比其它4種少，約為3.36%，碳化物顆粒平均直徑相對(duì)較大，約為3.0 μm，且單位面積內(nèi)顆粒分布均勻性相對(duì)其它4種差。瑞士型金屬針布齒條淬火后齒尖組織為細(xì)隱針狀馬氏體+少量極細(xì)低溫回火馬氏體+少量彌散碳化物，未溶碳化物數(shù)量較多，約為10.5%，碳化物顆粒平均直徑較小，約為1.82 μm，且單位面積內(nèi)顆粒分布均勻性較其它4種好。鉆石型金屬針布齒條淬火后齒尖組織為細(xì)隱針狀馬氏體+少量未溶碳化物，未溶碳化物數(shù)量較多，約為8.37%，且齒尖淬火組織相對(duì)瑞士型粗大些，但比其他3種細(xì)小，碳化物平均直徑約為

2.11 μm，且單位面積內(nèi)顆粒分布均勻性較瑞士型差，但比其他3種好。藍(lán)鉆型金屬針布齒條淬火后齒尖組織為隱針狀馬氏體+少量未溶碳化物，未溶碳化物數(shù)量較多，約為7.38%，齒尖淬火組織相對(duì)鉆石型、瑞士型粗大些，但比先鋒型、狼牙型細(xì)小，且碳化物平均直徑約為2.22 μm，且單位面積內(nèi)顆粒分布均勻性較瑞士型、鉆石型差，但相對(duì)先鋒型、狼牙型好。先鋒型金屬針布齒條淬火后齒尖組織為隱針狀馬氏體+少量未溶碳化物，未溶碳化物數(shù)量相對(duì)狼牙型多，但比其它3種少，未溶碳化物約為4.36%，碳化物平均直徑相對(duì)較大，約為2.86 μm，且單位面積內(nèi)顆粒分布均勻性相對(duì)狼牙型好，較其它3種差。

綜上，5種不同型號(hào)的金屬針布齒條齒尖淬火后組織及單位面積內(nèi)碳化物顆粒大小、分布均勻度、含量均有所不同，這不僅與材料本身的成分有很大的關(guān)系，而且與淬火加熱溫度、保溫時(shí)間和淬火冷卻速度等熱工藝參數(shù)及熱處理質(zhì)量有很大關(guān)系[9-10]。當(dāng)碳化物分布均勻，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，形成淬火馬氏體時(shí)，溶入的碳原子也增加，晶格畸變?cè)龃?，使得位錯(cuò)密度增大，位錯(cuò)阻力增加，引起變形抗力增大，從而提高了金屬針布的硬度和耐磨性[11]。瑞士型金屬針布齒條組織細(xì)小、均勻，單位面積內(nèi)碳化物顆粒數(shù)最多、且分布均勻，碳化物顆粒平均直徑也最小，因而其性能相對(duì)其它4種較好，鉆石型、藍(lán)鉆型、先鋒型次之，狼牙型性能相對(duì)其它4種最差。

2.3 硬度分析

鉆石型、先鋒型、狼牙型、藍(lán)鉆型、瑞士型5種型號(hào)金屬針布齒條顯微硬度值如表2所示，其相應(yīng)的硬度曲線如圖3所示。

表2 5種型號(hào)金屬針布齒條的顯微硬度值 單位：HV0.025

從圖3可以看出，5種型號(hào)金屬針布齒條硬度基本符合由齒頂開始逐漸降低的規(guī)律。其中，前4個(gè)測點(diǎn)硬度差別大，后4個(gè)測點(diǎn)硬度差別??；每個(gè)測點(diǎn)顯微硬度相當(dāng)。齒尖硬度：鉆石型和瑞士型可達(dá)700 HV0.025，而其它3種則約為650 HV0.025，這可能是因?yàn)殡[針狀馬氏體基體上均勻分布著細(xì)小、彌散的碳化物顆粒，使得其齒尖部硬度較高，也可能是某些合金元素的加入，使其產(chǎn)生了固溶強(qiáng)化而提高了齒尖硬度?；坑捕龋?種型號(hào)金屬針布齒條都約為200 HV0.025，差別不大。此外，齒尖第1點(diǎn)硬度均低于第2點(diǎn)，其原因可能是針布齒條坯料氧化脫碳引起，也可能是淬火時(shí)火焰溫度高過燒引起；

瑞士型的齒尖硬度最高，其性能相對(duì)其它4種較好，鉆石型、藍(lán)鉆型、先鋒型次之，狼牙型的齒尖硬度較低，性能相對(duì)其它4種針布最差。

3 結(jié)論

3.1 從化學(xué)成分分析知，5種型號(hào)金屬針布齒條的材料，瑞士型、鉆石型、藍(lán)鉆型為80WV鋼，先鋒型為72NbV鋼，而狼牙型為72B鋼，前二者由于有合金元素的加入，其性能較好；而狼牙型因?yàn)闊o合金元素，其性能相對(duì)較差。

3.2 從金相組織分析可知，金屬針布齒條齒尖淬火后組織及單位面積內(nèi)碳化物的含量、顆粒大小和分布均勻度都有所不同。瑞士型的齒尖組織細(xì)小、均勻，單位面積內(nèi)碳化物分布均勻且顆粒數(shù)最多，碳化物平均顆粒直徑也最小，因而其性能相對(duì)其它4種針布較好，鉆石型、藍(lán)鉆型、先鋒型次之，狼牙型性能相對(duì)其它4種最差。

3.3 從硬度曲線分析可知，5種型號(hào)金屬針布齒條齒尖硬度都符合由齒頂開始硬度逐漸降低的規(guī)律；鉆石型和瑞士型齒尖硬度可達(dá)700 HV0.025，而其

他則約為650 HV0.025，且基部硬度都約為200 HV0.025。針布齒尖具有較高硬度，原因可能是隱針狀馬氏體基體上均勻分布著細(xì)小、彌散的碳化物顆粒，也可能是某些合金元素的加入，使其產(chǎn)生了固溶強(qiáng)化而提高了齒尖硬度。

綜上所述，5種不同型號(hào)的金屬針布齒條，瑞士型性能最好，鉆石型、藍(lán)鉆型、先鋒型次之，狼牙型性能最差。

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Microstructure and Properties of MCC Wired with Varieties Materials

TIAN Xiaowei,WANG Bojian,LIU Shifeng,HUANG Bingxi,LI An

(School of Metallurgical Engineering,Xi’an University of Architecture and Technology,Xi’an 710055,China)

To study performance of varieties materials on MCC wire and to provide information as reference for the wire fabrication enterprises to select materials of high hardness and wear resistance,test is done to the chemical composition,metallographic structure and hardness of wires typed as Diamond,Pioneering,Langya，Blue Diamond and Swiss.The results show that the product performance of the Swiss metal wires made of 80WV steel is the best,followed with Diamond,Blue Diamond of the same material and Pioneering of steel 72NbV,to be placed last is Langya of 72B steel.

Mcc;wire;composition;mass fraction;microstructure;carbide;hardness;test;performance

2016-04-01

陜西省工業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(2016GY-221)；西安市工業(yè)應(yīng)用技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目(CXY1521(4))

田筱維(1989—)，女，陜西澄城人，碩士研究生，主要從事先進(jìn)材料的制備與組織性能的研究工作。

時(shí)間：2016-04-12 14:44

TS103.82+1

A

1001-9634(2016)06-0001-04

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1131.TS.20160412.1444.002.html