金属针布金相组织与质量

本文发表在2012年出版的第22期《梳理技术》杂志上，更多好文章期待您的投稿。投稿、咨询邮箱：[e-mail]

金属针布金相组织与质量

江永生[金轮针布（江苏）有限公司]

0      前言

金属针布在制造过程中，要经过很多工序，其原材料组织检验、球化退火、淬火和焊接是影响金属针布质量的重要工序。本文主要从这些工序中所出现的各种组织，产生原因与质量关系作一分析。

1      原材料组织检验

金属针布用原材料28系列以下针布一般以共析钢、过共析钢为主，国内针布厂常用钢种82B，其原始组织为细索氏体组织；28系列以上针布一般以亚共析钢为主，常用的钢种为57B、72B，其原始组织为索氏体+铁素体（图1）。测定其硬度在320HV左右。此种组织经过球化退火后得到均匀的球状珠光体组织。当原始组织中出现连续网状铁素体或大块状铁素体及马氏体等缺陷时，原材料首先必须进行一次正火处理，以改善组织中的缺陷。

图1    ×500

2      球化退火工序

2.1     球化退火工序的选择

球化退火质量对金属针布的制造尤为重要，一般共析钢、过共析钢采用高温球化较多，82B球化退火机理是将钢丝加热到AC1+（20~30）℃以上获得奥氏体加颗粒状未溶碳化物，在随后缓冷过程中形成铁素体基体上分布颗粒状碳化物。即粒状珠光体。对于碳钢，一般加热温度为730~750 ℃。

对于亚共析钢，一般都采用低温球化退火，对57B、60钢、72B退火机理是将片状珠光体组织加热到AC1以下温度长时间保温，一般碳钢球化温度为680~690℃，使片状组织碎化，最终获得铁素体基体上分布球状碳化物。特点是温度低，时间长，退火质量容易得到保证。而用高温球化退火，虽然能改善组织，但因加热区范围小及保温时间稍长，就会使组织成为片状珠光体，退火质量很难控制，一般针布厂很少采用此工艺。

2.2     球状珠光体组织对冲淬的影响

（1）良好球状珠光体组织，加热时难溶解，它起到阻止奥氏体晶粒增大作用，淬火后得到细板条状马氏体组织；

（2）良好球状珠光体组织，淬火不易过热，淬火后不易变形崩齿；

（3）良好球状珠光体组织切削加工性能好，齿形挺拔。

2.3     钢丝球化退火组织级别

参照轴承钢球化级别标准，制定了金属针布钢丝球化退火级别标准，球化金相组织2.5~4级为合格品，低于2.5级或超过4级为不合格。

（1）球状珠光体低于2.5级的显微组织（图2），此组织硬度较高，HV205~270，使制造的金属针布基部硬度偏高。此种组织解决办法只有调整退火工艺重新退火。

图2    ×500

图3    ×500

（2）球状珠光体，在3~3.5级的显微组织（图3），此组织硬度为HV180~210之间，这样硬度和组织既能满足针布冷加工性能要求，又能满足针布热处理淬火性能要求，制造出高质产品。

（3）球状珠光体在4~5级的显微组织（图4、5），此组织硬度为HV150~180，它使针布加工性能变坏，影响光洁度和冲齿齿形质量。此种组织产生原因是温度偏高或保温时间较长所致，它不是理想的退火组织。尤其5级因组织粗大，可能造成淬火齿尖出现软点，因此5级组织应尽量避免使用，以保证产品质量。

图4    ×500

图5    ×500

（4）球状珠光体在5.5级以上的显微组织（图6），此组织特别粗大，是过热组织，不能制造金属针布，只能报废。

图6    ×500

（5）球化退火一般都在氮气保护的井式电炉中进行，如电炉性能出现异常，有可能造成氧化脱碳，脱碳层深度小于钢丝直径的1.5%。因严重氧化脱碳造成的废品，表面沿晶界有明显的氧化网络（图7）。国内先进的无氧化罩式炉球化退火，一般情况下不存在此现象。

图7    ×500

3      针布淬火工序

针布淬火加热温度主要由钢的化学成分决定的，一般亚共析钢的淬火温度为AC3+（30~50） ℃；共析钢、过共析钢的淬火温度为AC1+（30~50） ℃，在此范围淬火后得到细晶粒马氏体组织。如亚共析钢57B淬火温度一般为800~840 ℃，过共析钢82B淬火温度一般为760~800 ℃。经过多次试验，液化气流量与淬火速度的合理搭配是影响淬火质量的关键因素；液化气流量与氧气流量的合理搭配是影响淬火质量的重要因素。

金属针布一般以7.5~9.5 m/min线速度在火嘴上加热，齿尖在高温快速加热的情况下迅速奥氏体化，然后进入油池冷却得到淬火马氏体组织，淬火后齿尖部位硬度在HV700~850。经淬火的针布齿尖有时会出现严重的崩齿现象，产生崩齿主要原因有如下两种可能：①淬火的齿尖过热；②齿尖回火不足。

通过大量金相、硬度检查与国外产品的比较，回火不足不是造成崩齿的主要原因。因为金属针布用油淬火，其马氏体转变区域内应力较小，故碳钢淬火后不需要回火，它可靠基部余热自回火。如国外金属针布用手钳夹齿时，崩齿的敏感性很低。经金相分析，道夫针布的显微组织为细针状回火不足马氏体，锡林针布为隐针状回火不足马氏体+碳化物（图8、9）。

图8    ×500

图9    ×500

对于淬火出现崩齿敏感的金属针布，经金相分析为粗大针状回火不足马氏体（图10、11）。造成崩齿的主要原因是淬火加热时齿尖过热。这种粗大马氏体显著的降低了齿尖机械性能，特别是韧性。

图10    ×500

图11    ×500

4      焊接工序

金属针布焊接工序是在焊接器上进行的，焊后必须经5次以上的回火，得到均匀的回火索氏体组织（图12），其硬度HV300左右，这种组织属于焊接的正常组织。当回火温度不够就会出现回火屈氏体或回火索氏体+马氏体（图13），这两种组织因硬度较高或硬度不均，影响焊接质量和包卷平整度，甚至易造成断头，故此组织为不正常组织。

图12    ×500

图13    ×500

焊缝与热影响区范围大小，也能影响包卷质量，通过检查比较认为热影响区大小等于基部的高度比较好。

焊接优劣的一个重要指标：即焊缝是否焊牢，焊接好的焊缝经金相检查与原基体金属接近（图14），焊接不好，接头内有未焊合的裂纹或孔洞（图15、16）。

未焊合的裂纹和孔洞越大，在包卷使用过程中断头危险越大，反之越小。针布接头是否牢固取决于两大因素：第一个决定因素是焊接功率与电极间距的合理搭配，第二个重要因素是焊接电极间距与焊接顶锻力的合理搭配。因此，焊接时应做到细心操作，避免断头事故，以保接头质量。

图14 ×100    图15 ×100    图16 ×100

5      结论

（1）针布钢丝球化组织级别大小决定于加热温度，组织均匀性受原材料组织影响较大。

（2）在制造过程中针布淬火组织一般过热现象较多，目前针布淬火温度主要靠人工经验控制，淬火质量存在一定差异，应引起我们重视和不断改进。

（3）针布焊接牢固取决于焊接功率与电极间距、焊接顶锻力三者搭配，操作人员应熟练掌握。

（4）目前国内金属针布产品质量外形几何尺寸，已达到了国外同类产品水平。但针布淬火组织与国外有较大差异。必须注重金相组织检测和研究，不断研究新工艺，新技术，促使金属针布制造水平有一个新的突破。

参考文献：

［1］费青,等.金属针布的设计和制造使用［M］．北京：纺织工业出版社：1990.

［2］卿氏.热处理工艺学［M］．北京：科学普及出版社：1987.

［3］王振祥. 金属针布钢丝球化退火工艺分析［Ｊ］．纺织器材：1994（6）8－9.

［4］江永生.合金钢金属针布制造工艺研究总结报告［R］.南通金轮针布研究所.1999.1.