馮喜奎，溫　倩，張　幸

(1.浙江錦峰紡織機(jī)械有限公司，浙江 溫州　325041；2.河南工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院， 鄭州　451191；3.上海交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，上?！?00240)

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·生產(chǎn)實(shí)踐

金屬針布齒條熱處理過程中的熱色及其測(cè)控

馮喜奎1，溫倩2，張幸3

(1.浙江錦峰紡織機(jī)械有限公司，浙江 溫州325041；2.河南工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院， 鄭州451191；3.上海交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海200240)

總結(jié)金屬針布齒條生產(chǎn)線熱處理測(cè)控現(xiàn)狀，結(jié)合金屬的熱色及鋼的熱色圖譜，詳盡分析了金屬針布齒條熱處理的加熱特點(diǎn)和熱色特點(diǎn)，建立符合金屬針布齒條熱處理的熱色與處理效果比照?qǐng)D表，涵蓋淬火加熱、高頻退火加熱、接頭對(duì)焊加熱；以錫林針布和道夫針布兩個(gè)主導(dǎo)產(chǎn)品為例，分析其淬火加熱熱色分布及對(duì)應(yīng)區(qū)域的處理效果。指出：熱色的掌控是針布齒條制造者的基本技能，產(chǎn)品規(guī)格、齒形特征、材質(zhì)選用等的不同，將帶來熱色特征及操控的巨大差異；對(duì)熱色深入細(xì)致的研討，有助于提升金屬針布齒條的熱處理質(zhì)量，為研發(fā)高端產(chǎn)品和打造國際品牌創(chuàng)造條件。

金屬針布；針布齒條；熱處理；熱色；熱色圖譜；淬火；退火；對(duì)焊；測(cè)控

0　引言

金屬針布齒條的熱處理質(zhì)量狀態(tài)是產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，在國家紡織器材測(cè)試中心抽樣檢測(cè)的10個(gè)質(zhì)量項(xiàng)中，與熱處理相關(guān)的質(zhì)量項(xiàng)占據(jù)了4個(gè)(齒尖硬度——測(cè)點(diǎn)1、半齒深硬度——測(cè)點(diǎn)2、齒根硬度——測(cè)點(diǎn)3、基部硬度——測(cè)點(diǎn)4)，熱處理質(zhì)量也是用戶反饋質(zhì)量問題最集中之處。淬火質(zhì)量直接影響針布的耐磨性和纖維梳理總量，是目前國產(chǎn)針布與進(jìn)口高端針布市場(chǎng)競爭中久攻不下的一個(gè)難點(diǎn)。金屬針布齒條具有小截面線性延長的特點(diǎn)，其熱處理是在專用生產(chǎn)線上連續(xù)放線加工而成，在微小的區(qū)域內(nèi)(如20系列的錫林針布是在2 mm之內(nèi))獲得足夠硬的齒部淬火效果(達(dá)900 HV)，恰當(dāng)?shù)凝X部淬火深度，足夠軟的基部硬度(約200 HV)，一直是針布齒條制造必須面臨的難題。在其特殊加熱方法前提下，研究其加熱時(shí)熱影響區(qū)的熱態(tài)形像(熱像)、溫度分布、熱處理后的硬度分布以及熱像—溫度—硬度三者的關(guān)系，對(duì)于有效測(cè)控金屬針布齒條的熱處理，獲得理想的熱處理效果至關(guān)重要。

1　金屬針布齒條生產(chǎn)線熱處理測(cè)控現(xiàn)狀

金屬針布齒條在沖淬卷聯(lián)合生產(chǎn)線上的熱處理涉及4項(xiàng)：高頻退火加熱、火焰淬火加熱、接頭時(shí)對(duì)焊加熱、高頻回火加熱。由于此類產(chǎn)品具有連續(xù)放線式加工及微小尺寸的特點(diǎn)，其被加熱的溫度無法像常規(guī)熱處理那樣直接測(cè)量顯示，如小規(guī)格的錫林，其齒部淬火加熱的區(qū)域不大于0.40 mm，且熱齒還處在運(yùn)動(dòng)當(dāng)中，即使采用紅外測(cè)溫，其加熱區(qū)域也達(dá)不到儀器要求的最低熱區(qū)尺寸范圍。生產(chǎn)線上4項(xiàng)加熱全部以間接的方式加以控制：高頻退火和淬火后的回火，是在確定線速度條件下適配高頻感應(yīng)圈，配以調(diào)節(jié)高頻電源的振蕩電流；齒部淬火加熱，是在確定線速度下適配火焰淬火噴嘴，配以調(diào)節(jié)燃?xì)夂椭細(xì)夤┙o量及混合比；針布齒條接頭對(duì)焊后的退火加熱，則是靠調(diào)節(jié)對(duì)焊機(jī)波段開關(guān)并輔以調(diào)整焊口間距及導(dǎo)通時(shí)間。

針布齒條在線熱處理測(cè)控現(xiàn)狀可以歸納為：調(diào)控←→熱像←→效果。調(diào)控是對(duì)工裝器具規(guī)格及工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)，熱像是在線可觀察到的加熱區(qū)熱態(tài)，效果是下線產(chǎn)品獲得加熱區(qū)硬度及金相組織分布。

針布齒條生產(chǎn)線擋車工主要靠在線加熱形成的熱像與下線后熱處理效果檢測(cè)間的反復(fù)比照，建立起來熱像與效果的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以個(gè)人經(jīng)驗(yàn)及時(shí)調(diào)節(jié)，以獲得產(chǎn)品技術(shù)要求規(guī)定的熱處理效果。熱像是即時(shí)的、動(dòng)態(tài)的、可見的，效果是事后測(cè)得的。

2　金屬的熱色及圖譜

2.1金屬的熱色

金屬被加熱時(shí)由于熱振動(dòng)的存在，不時(shí)地發(fā)射著電磁輻射能(即所謂的光)。溫度低時(shí)，這種光的頻率低、波長長，是人眼看不到的遠(yuǎn)紅外線和紅外線。隨著溫度的升高，光的能量逐漸增加，頻率增高，波長變短。當(dāng)溫度達(dá)約600℃時(shí)，這種光進(jìn)入可見光譜范圍，呈暗棕紅色；達(dá)800℃時(shí)，呈橘紅色；繼續(xù)升高達(dá)1 000℃以上時(shí)，將逐漸呈橙黃以至黃白色[1]。這種由于熱振動(dòng)和電磁輻射而發(fā)射，能間接顯現(xiàn)被加熱金屬溫度的可見光顏色稱為熱色，行業(yè)內(nèi)也常稱為火色；所謂火色，并不指加熱時(shí)火苗或爐膛的顏色，而是指被加熱體即工件所展現(xiàn)出的顏色。

2.2鋼的熱色圖譜

鋼的加熱火色與溫度有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。鋼被加熱時(shí)，在不同溫度對(duì)應(yīng)不同的波長和顏色(熱色)，如圖1所示，將被加熱金屬的溫度和其對(duì)應(yīng)的熱色由低溫向高溫排成圖列，這種反映鋼被加熱時(shí)熱色與對(duì)應(yīng)溫度的圖列稱為鋼的熱色圖譜[2-3]。不同的鋼種，熱色與溫度的對(duì)應(yīng)值會(huì)有一定的差異，但常用鋼的熱色與溫度對(duì)應(yīng)值相似。

2.3熱色圖譜的熱色漸變規(guī)律簡析

溫度低時(shí)，這種光的頻率低、波長長，是人眼看不到的遠(yuǎn)紅外線和紅外線，所以600℃或550℃以下幾乎看不到熱色，無法憑人的視覺感知被加熱體的溫度。而從600℃或550℃到1 300℃之間熱色呈現(xiàn)如下漸變規(guī)律：

600℃→800℃→900℃→1 000℃→1 300℃

棕(赤)紅→紅→橘黃(橙)→黃→白

3　金屬針布齒條熱處理的熱色分析

3.1金屬針布齒條生產(chǎn)中的熱處理特點(diǎn)

3.1.1微小區(qū)域加熱

微小區(qū)域加熱，如小規(guī)格錫林，總高僅1.5 mm～2 mm，淬深不足0.4 mm。

3.1.2移動(dòng)中加熱

以5 m/min～30 m/min速度移動(dòng)中加熱，加熱區(qū)域熱色不易觀測(cè)。

3.1.3極高的溫度梯度

由于產(chǎn)品微小，從淬火硬化區(qū)到非淬火硬化區(qū)的過渡區(qū)間極其微小。

3.1.4特殊加熱方法

淬火采用火焰加熱，退火及回火采用高頻感應(yīng)加熱，接頭采用電阻加熱。

3.1.5相鄰區(qū)域呈現(xiàn)極大硬度反差

如小規(guī)格錫林，齒部淬火硬度達(dá)800 HV以上，而僅相距0.2 mm的基部則要求硬度不大于240 HV。

3.1.6高碳敏感材質(zhì)

新型金屬針布齒條材質(zhì)的碳含量已提高至0.8%，而高碳合金鋼的碳當(dāng)量則會(huì)更高，矮而薄的金屬針布齒條在淬火和接頭的加熱中極易發(fā)生非淬硬區(qū)(如齒根或基部)過硬。一旦達(dá)到淬火溫度，室溫條件下即可生成淬火組織。

3.1.7規(guī)避滯留加熱

以確定的速度勻速移動(dòng)，方可獲得恰當(dāng)?shù)募訜釓?qiáng)度，停滯將導(dǎo)致過熱脆斷。

3.1.8精準(zhǔn)定位加熱

產(chǎn)品形體微細(xì)且臨近區(qū)域硬度大反差，必須在精準(zhǔn)定位條件下加熱。

3.1.9接頭對(duì)焊包含熱處理

接頭對(duì)焊時(shí)，形成焊瘤瞬間的溫度很關(guān)鍵，在過低溫度下頂鍛形成“虛、高、松、脆”焊瘤，在過高溫度頂鍛則生成“凹陷”(不飽滿)焊瘤，通過接頭工藝技巧設(shè)置，可以調(diào)控頂鍛在最佳溫度下發(fā)生。頂鍛生成的焊口通常是淬火組織，需在對(duì)焊機(jī)上實(shí)施退火處理，而焊口修磨后則需要低溫去應(yīng)力退火處理(兼有修磨區(qū)著色目的)[4]。

3.2金屬針布齒條熱處理的熱色特點(diǎn)

3.2.1熱齒微小

小規(guī)格錫林針布齒條淬火時(shí)，齒部加熱平面寬度不足0.4 mm。

3.2.2熱齒移動(dòng)

被加熱的針布齒條在快速移動(dòng)中，小規(guī)格針布齒條的熱齒在移動(dòng)中熱像不易被視覺捕捉。

3.2.3熱齒斷續(xù)

如圖2所示，金屬針布齒條由齒部和齒隙相間而成，移動(dòng)中的針布齒部是斷續(xù)的熱體。若把齒部區(qū)間再分層分析，會(huì)發(fā)現(xiàn)越靠向齒尖，沿齒條長度方向有齒區(qū)域更短，而無齒的齒隙區(qū)域更長。

3.2.4齒部熱色淡化

火焰噴嘴加熱后，連續(xù)的區(qū)域(除齒部之外的區(qū)域)呈現(xiàn)熱色，代表該區(qū)域的熱色，齒部則不然。例如物理課七色盤旋轉(zhuǎn)效果演示，轉(zhuǎn)盤均分為赤橙黃綠青藍(lán)紫七區(qū)，當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速達(dá)到人的視覺無法跟蹤時(shí)，將呈現(xiàn)七色混合效果——無色的日光。人的視覺有一定的跟蹤分辨能力，大規(guī)格金屬針布淬火時(shí)，易于把視線與移動(dòng)速度同步，能觀察到每個(gè)齒的熱態(tài)圖像。對(duì)于小規(guī)格的金屬針布(如20系列錫林針布)，人的視覺根本無法捕捉到單個(gè)齒的熱態(tài)圖像，僅能看到熱態(tài)齒部與齒隙的混合效果，而齒隙處在出噴嘴之前是火焰(通常為淡色)，出噴嘴之后是無色空間，這樣以來，流動(dòng)的熱齒區(qū)域的熱色將被淡化，且越靠近齒尖，淡化越加劇。

如圖2所示，從平面上觀測(cè)齒部和齒隙占據(jù)區(qū)域面積，道夫針布齒部/齒隙的比值較大，熱色淡化不嚴(yán)重，錫林的齒部/齒隙比值較小，熱色淡化嚴(yán)重。這才是道夫淬火熱色呈現(xiàn)較高溫度，而錫林淬火熱色呈現(xiàn)較低溫度的根本原因。

3.2.5火焰色澤影響熱色觀測(cè)

噴嘴火焰可以呈現(xiàn)出不同的色澤，氧化性火焰呈淡藍(lán)色，加熱強(qiáng)度不足，易產(chǎn)生針布表面氧化，但利于熱色觀測(cè)；中性焰淡黃色，加熱強(qiáng)度足，對(duì)熱色觀測(cè)稍有影響，使熱色不夠鮮亮(熱色變淡，好像溫度不夠高)；還原性焰呈白亮色，加熱強(qiáng)度不足，嚴(yán)重影響熱色觀測(cè)(熱色極度變淡，讓人感覺加熱溫度嚴(yán)重不足，容易誤導(dǎo)擋車工提高加熱溫度，造成過熱)。

3.2.6室內(nèi)外光照影響熱色觀測(cè)

環(huán)境明亮度對(duì)熱色觀測(cè)有極大影響。室外陽光的影響最為顯著，晴天特別是陽光直射到淬火噴嘴時(shí)，熱色變淡變暗；陰天與晴天，白天與晚上，近窗與暗室都影響熱色觀測(cè)。加蓋噴嘴淬火防風(fēng)罩對(duì)熱色觀測(cè)有利。

3.2.7高頻退火封閉加熱

為抑制產(chǎn)品的表面氧化，高頻感應(yīng)加熱退火設(shè)置在密閉管道中進(jìn)行，生產(chǎn)中無法觀測(cè)到熱色，只能在工藝試驗(yàn)中觀測(cè)，依據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果做調(diào)節(jié)。

3.2.8高頻回火不顯熱色

淬火后的回火溫度較低，觀測(cè)不到熱色，只能通過硬度及金相分析做調(diào)控依據(jù)。

3.2.9接頭對(duì)焊借助熱色完成

金屬針布齒條的接頭實(shí)際是基部的對(duì)焊，頂鍛瞬間及退火過程的熱色可見、可控，焊瘤形貌、焊縫金相組織、焊縫及熱影響區(qū)硬度要借助熱色調(diào)控。

4　金屬針布齒條加熱熱色掌控

4.1加熱的熱色及對(duì)應(yīng)效果

如前所述，金屬針布齒條在淬火加熱、高頻退火、接頭加熱三工序中涉及熱色。借助熱色的觀測(cè)及評(píng)判，調(diào)節(jié)加熱強(qiáng)度獲得理想的熱處理工藝效果，是沖淬卷車間擋車工的基本技能，此技能是通過反復(fù)參與“熱色調(diào)控與工藝效果預(yù)測(cè)”的技能演練逐步掌握的，即參與者現(xiàn)場(chǎng)操控調(diào)節(jié)，即時(shí)取樣送檢，快速檢測(cè)并報(bào)告結(jié)果，及時(shí)修正和完善參與者熱色觀測(cè)評(píng)判的技能。將熱色按溫度高低順序排列，并與處理效果對(duì)應(yīng)形成圖表(見表1)，即為金屬針布齒條加熱熱色圖譜，每級(jí)熱色對(duì)應(yīng)的熱處理工藝效果列于圖表中，此圖譜是工藝實(shí)踐總結(jié)的產(chǎn)物。

4.2熱色的掌控

表1是白天晴好天氣車間內(nèi)條件下(無直射陽光)，淬火加熱、高頻退火、接頭對(duì)焊時(shí)被加熱的熱色和對(duì)應(yīng)的溫度。金屬針布齒條的規(guī)格品種不同，其幾何尺寸、齒部形貌、齒部/齒隙比值等差異較大，影響其熱色的顯現(xiàn)；光照條件的影響會(huì)更加顯著，同樣的溫度陰天或晚上熱色會(huì)顯得亮些，亮光下(特別是直射陽光下)熱色會(huì)顯得暗些。實(shí)際生產(chǎn)中，要依據(jù)具體產(chǎn)品規(guī)格的熱處理質(zhì)量要求，借助熱色表像調(diào)控加熱強(qiáng)度，以獲得預(yù)期效果。針布齒條正常淬火加熱溫度為850℃～880℃，錫林針布齒條材質(zhì)含碳量高，淬火溫度應(yīng)稍低；道夫針布齒條含碳量低，淬火溫度應(yīng)稍高。

表1金屬針布加熱熱色與工藝效果

圖3為小規(guī)格錫林針布齒條淬火加熱熱色分布效果，從齒頂?shù)交糠譃?個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的熱色、溫度及其處理效果見表2。由于小規(guī)格錫林針布齒條淬火加熱時(shí)，移動(dòng)熱齒的熱色淡化，各熱色級(jí)別所具有的實(shí)際溫度比表1要偏高1～2個(gè)級(jí)別。圖3中所示的4個(gè)標(biāo)志點(diǎn)是4個(gè)硬度測(cè)點(diǎn)。

表2小規(guī)格錫林針布齒條淬火加熱熱色分布及處理效果

圖4所示為道夫針布齒條淬火加熱熱色分布效果，從齒頂?shù)交客瑯臃譃?個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的溫度、熱色及其處理效果見表3。道夫針布齒條規(guī)格尺寸較大，齒深也較深，淬火時(shí)為強(qiáng)化淬火深度，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)上半齒輕微脫皮問題；相對(duì)錫林針布齒條而言，由于道夫針布齒條基部較厚，材質(zhì)碳含量較低，在強(qiáng)化淬火深度時(shí)，基部顯現(xiàn)些熱色(深棕紅)也不會(huì)過硬。

5　結(jié)語

5.1在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，被加熱金屬針布齒條的熱態(tài)色澤是漸變的，為便于區(qū)分和比對(duì)，這里采取分層配色，盡量接近和模擬原貌。

5.2對(duì)熱色的掌控是金屬針布生產(chǎn)者及技術(shù)人員必須掌握的基本技能，此項(xiàng)技能必須通過大量的熱色調(diào)節(jié)、效果預(yù)測(cè)、即時(shí)檢測(cè)的反復(fù)演練、及時(shí)修正方可獲得。

表3道夫針布齒條淬火加熱熱色分布及處理效果

5.3產(chǎn)品規(guī)格、齒形特征、材質(zhì)選用等的不同，將帶來熱色特征及操控的巨大差異。

5.4實(shí)際生產(chǎn)中，員工和沖淬卷機(jī)臺(tái)的規(guī)格品種應(yīng)盡量保持穩(wěn)定；如有變動(dòng)要先重復(fù)工藝演練(包括淬火、高頻退火、高頻回火、接頭對(duì)焊)，掌控達(dá)標(biāo)后方可正式生產(chǎn)。

5.5金屬針布齒條(尤其是小規(guī)格錫林針布齒條)每卷總長較長，在生產(chǎn)線上歷時(shí)數(shù)小時(shí)才能完成，其淬火加熱強(qiáng)度及狀態(tài)無法通過儀表直接顯示，而即時(shí)的熱色是可以觀測(cè)到的，熱色一直是擋車工及巡檢員評(píng)判、調(diào)節(jié)及操控淬火加熱狀態(tài)的首要依據(jù)。

5.6對(duì)金屬針布齒條熱處理過程中的熱色進(jìn)行深入細(xì)致的研討和掌控，有利于生產(chǎn)企業(yè)提升產(chǎn)品的熱處理質(zhì)量，為研發(fā)高端產(chǎn)品和打造國際品牌創(chuàng)造條件。

[1] 冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院.合金鋼手冊(cè)：上[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1984.

[2] 李國彬.熱處理工藝規(guī)范與數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

[3] 楊滿.實(shí)用熱處理技術(shù)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[4] 馮喜奎.新型金屬針布接頭對(duì)焊質(zhì)量的分析與探討[J].棉紡織技術(shù)，1999，27(6)：22-25.

Thermal Color and the Control Thereof in the Treatment Process of the Metallic Card Clothing Rack

FENG Xikui1,WEN Qian2,ZHANG Xing3

(1.Zhejiang Jinfeng Textile Machinery Co.,Ltd.,Wenzhou 325041,China; 2.Mechanic College Henan Institute of Engineering,Zhengzhou 451191,China; 3.School of the Materials Science and Engineering Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China)

Summarized here is the current thermal control status of rack production line of the metallic card clothing.With information of the thermal color atlas of the steel,comprehensive analysis is made to the heating characteristics of the thermal treatment of the rack of the metallic card clothing and the thermal color.A chart is made to compare the thermal color treatment effect of the thermal treating the rack of the metallic card clothing covering quenching and high frequency annealing,butt welding heating.Sampling cylinder clothing and doffer clothing as the two leading products,analysis is done to the heating color distribution with the treatment effect of quenching and the corresponding region.It is pointed out that the control of thermal color is the basic skills manufacturing the rack of the metallic card clothing.The difference in specifications,tooth profile,and material will make bring a huge difference in thermal color characteristics and control of the hot color depth and meticulous research,helping improve the quality of the rack of the heat treatment for the development of high-end products and to create an international brand.

metallic card clothing;rack;thermal treatment;thermal color;color atlas;quenching;annealing;butt welding;control

2015-06-30

馮喜奎(1956—)，男，河南滎陽人，高級(jí)工程師，主要從事梳理器材方面的研究。

TS103.82+1

A

1001-9634(2016)01-0018-05

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-10-20 10∶19

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1131.TS.20151020.1019.006.html