回火工艺对织针弹性及硬度的影响.pdf

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1、第2 9 卷第4 期 2 0 0 8 年4 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 9 A p r N o 4 2 0 0 8 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1l2 0 0 8 ) 0 4 - 0 11 9 0 4 回火工艺对织针弹性及硬度的影响 鲍正红，朱世根，丁浩，狄 平 ( 东华大学机械工程学院上海2 0 1 6 2 0 ) 摘要就回火工艺对织针弹性及硬度的影响进行了研究。结果表明：回火温度对织针硬度影响明显，随回火温 度升高，织针的表面硬度明显降低；在同一回火温度下，回火保温时间大于6 0r a i

2、 n 时，织针硬度变化不大；织针弹性 主要受回火时间影响，在回火时间小于6 0m i n 时，残余变形量随温度的变化减小比较大，而当回火温度高于2 2 0 ， 保温时间大于6 0r a i n 时，弹性变化不大，并保持较小的残余变形量；采用适当的回火工艺。织针不仅可以具有良好的 弹性，还可以有高的硬度( H V 6 5 0 以上) 。 关键词回火工艺；弹性；硬度；，织针 中图分类号：T G1 5 6 5文献标识码：A E f f e c to ft e m p e r i n gp r o c e s so ne l a s t i c i t ya n dh a r d n e s so f

3、k n i t t i n gn e e d l e s B A OZ h e n g h o n g ，Z H US h i g e n ，D I N GH a o ，D IP i n g ( C o l l 融g eo fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g ，D o n g h u aU n i v e r s i t y ，S h a n g h a i2 0 1 6 2 0 C h i n a ) A b s t r a c tT h ei n f l u e n c e so fd i f f e r e n tt e m p e r i

4、 n gt e m p e r a t u r e sa n dt e m p e r i n gt i m eo nt h ee l a s t i c i t ya n dh a r d n e s s o fk n i t t i n gn e e d l e sw e r es t u d i e d T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt e m p e r i n gt e m p e r a t u r eh a sa no b v i o u se f f e c to n s u r f a c eh a r d n e s so fk n

5、 i t t i n gn e e d l e s T h es u r f a c eh a r d n e s sl o w e r ss i g n i f i c a n t l ya l o n gw i t ht e m p e r i n gt e m p e r a t u r e r i s e W h e nt h et e m p e r i n gt i m ei so v e r6 0m i n u t e s ，s u r f a c eh a r d n e s sv a r i e sl i t t l ea tt h es a m et e s t i n g

6、t e m p e r i n g t e m p e r a t u r e A n dt h ee l a s t i c i t yo fk n i t t i n gn e e d l e si sm a i n l yi n f l u e n c e db yt e m p e r i n gt i m e W h e nt e m p e r i n g t i m ei sl e s st h a n6 0m i n u t e s ，t h er e s i d u a ld e f o r m a t i o nv a l u ed e c r e a s e sg r e

7、 a t l ya l o n gw i t ht e m p e r a t u r er i s i n g A t t h es a m et i m e ，t h er e s i d u a ld e f o r m a t i o nv a l u ec h a n g e sl i t t l ea n dm a i n t a i n sas m a l l v a l u ew h e nt e m p e r i n g t e m p e r a t u r ei sh i g h e rt h a n2 2 0 a n dt e m p e r i n gt i m e

8、i so v e r6 0m i n u t e s T h en e e d l e sC a l lb er e n d e r e dn o t o n l yg o o de l a s t i c i t y ，b u ta l s oh i g hh a r d n e s s ( H V 6 5 0a b o v e ) b ya na p p r o p r i a t ea n dp l e n t i f u ll o w t e m p e r a t u r e t e m p e r i n gp r o c e s s K e yw o r d st e m p e

9、 r i n gp r o c e s s ；e l a s t i c i t y ；h a r d n e s s ；k n i t t i n gn e e d l e s 织针是针织机上的关键器材。热处理是织针生 产过程中的关键环节，其结果直接影响织针的使用 性能。尽管人们对织针热处理进行了大量的研究， 但到目前为止还没能系统地掌握回火工艺对织针弹 性及硬度的影响规律，因此，织针的热处理一直以来 都是国内外织针生产厂家的薄弱环节，其回火后硬 度不均匀、弹性不稳定的问题时有发生以o 。随着 现代高速针织机械的发展，用户对织针的要求越来 越高，既要求高的硬度和耐磨性，还要求有良好的弹 性、

10、韧性，所以对织针性能的检测除表面硬度外，还 应包括对其弹性的测定。本文介绍了回火工艺参数 对织针弹性及硬度的影响。 1 工艺试验 1 1 原材料 合理选择织针材料是生产高性能织针的关键。 通常而言，M n 含量较高对加强钢的弹性和抗疲劳性 能有较好的作用；原材料中S 、P 含量较低，也是通常 所希望的。 试验织针采用S K 5 钢带，化学成分为：C 0 8 3 。S i0 0 4 2 ，M n0 4 4 7 ，C r0 1 4 ，S 收稿日期：2 0 0 6 0 9 2 1 修回日期；2 0 0 7 0 2 0 5 作者简介：鲍正红( 1 9 7 6 一) ，助理工程师，硕士生。研究方向为织针

11、热处理技术。朱世根，通讯作者，E - m a r l ：s g z h u d h u e d u c n 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 1 2 0 纺织学报第2 9 卷 0 0 0 4 。P0 0 0 8 。 试验用织针见图l 。 图I 试验用织针示意图 F i g 1 I l l u s t r a t i o no fk n i t t i n gn e e d l e s 1 2 淬火工艺 、 织针的淬火设备为R C W F 9 型网

12、带式保护气氛 电阻炉，保护气氛由工业酒精( 乙醇质量分数为 9 0 一9 5 ) 经9 2 0o C 裂解形成；淬火温度为7 6 0 8 4 0 ，网带速度为2 2 0 3 0 0m m m i n ，冷却介质为 5 0 的2 0 # 机油。淬火后织针硬度一致性好，均在 H V 8 2 0 ( H R C 6 4 ) 以上。 1 3 回火工艺 回火设备为实验室箱式空气回火炉，精度 4 - 3 。回火温度分别为1 8 0 、2 0 0 、2 2 0 、2 4 0 、2 5 0 、 2 6 0 ；回火保温时间分别为1 5 、3 0 、4 5 、6 0 、9 0 、 1 2 0m i n ；共3 6

13、 组进行回火对比试验，冷却方式为 水冷。 1 4 测量方法 1 4 1 弹性值 采用自制的弹性测量仪进行测试，用残余变形 量A S 表征弹性，残余变形量大，表征弹性差。根据 F z 厂I 9 7 0 0 5 2 一1 9 9 l 纺织行业针织用舌针袜 针进行测试。针杆弹性是将距离针头4 0n 埘处用 夹具夹紧作为支点，针头部为受力点，根据针身的厚 度选择扳弯角度口= 2 0 0 ，释放后其残余变形量A S 应不大于0 5m m ( 试验织针厚度为0 7m m ) 。每组 试样取其中5 枚，依次编号，测其残余变形量A S ，取 其平均值，测量装置如图2 所示。 3 、吉占l ，- - f 0 ”

14、W 厂T 针头部 、【氍= 头 、群 图2 测量织针弹性的示意图 F i g 2 l l l u s t r a t i o no fm e a s u r i n ge l a s t i c i t yf o rk n i t t i n gI R 捌l e 8 1 4 2 表面硬度 在H X S 1 0 0 0 A 型显微硬度仪上测量，负荷 2 0 0g ，加载时间1 0s 。取每组试样中测过弹性值的 织针，依次测其针杆硬度，取其平均值。 2 试验结果 2 1 回火温度、回火时间对织针弹性的影响 在每一给定回火温度下，织针的弹性( 残余变形 量A S ) 随回火保温时间的变化曲线见图3

15、。可见， 回火温度在1 8 0 2 6 0 之间，回火保温时间小于 6 0m i n 时，A S 变化明显，降低幅度较大。在此范围 内，回火温度越高，回火保温时间对A S 产生的影响 幅度越小；随着回火时间的延长，各回火温度下的 A S 变化趋缓，降低幅度减小。 l 霜 一 麓 制 氓 鼷 图3 不同回火温度下回火时间对残余变形量的影响 F i g 3 I n f l u e n c eo ft e m p e r i n gt i m eo nr e s i d u a ld e f o r m a t i o n o fk n i t t i n gn e e d l e sa td i

16、f f e r e n tt e m p e r i n gt e m p e r a t u r e 对于给定的回火保温时间，如图4 所示，回火时 间在4 5m i n 以内，随着温度增加，A S 不断降低，波动 变化较大；回火时间在6 0 1 2 0m i n 之间，回火温度 小于2 2 0o C 时，s 随温度的增加略呈下降的趋势， 而2 2 0 。2 6 0o C 时，A S 趋于平缓，并保持较小值。 2 2 回火温度、回火时间对织针硬度的影响 织针除了具有良好的弹性外，还要有高硬度和 良好的耐磨性。图5 、6 所示，在给定的回火温度下。 当保温时间小于6 0m i n 时，硬度随保温

17、时间延长而 下降的幅度比较明显；但保温时间在6 0 1 2 0m i n 之 间时，同一温度下硬度随时间变化较小，趋于平缓。 不同温度下织针回火硬度随时问变化的曲线表明： 随着回火温度升高，在给定的回火保温时间内。织针 的表面硬度呈现出明显的下降趋势。 由图3 还可见，在回火初期，残余变形量A S 主 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第4 期 鲍正红等：回火工艺对织针弹性及硬度的影响 。1 2 1 砉 馨 蒙 鼷 图4 不同回火时间下回火温度与残余

18、变形量的关系 F i g 4R e l a t i o n s h i pb t b m q e e l lr e s i d u a ld e f o r m a t i o na n dt e m p e r i n g t e m p e r a t u r eo fk n i t t i n gn e e d l e sa td i f f e r e n tt e m p e r i n gt i m e 瑙 雕 喧 群 图5 不同温度下织针回火硬度随时间变化的曲线 r i g 5 V a r i a t i o ni nk m 鲳o f k n i t t i n gn c P A

19、 t l t 酷w i t h t e m p e r i n gt i m ea tv a r i o u st e m p e r i n gt e m p e r a t u r e 剖 雕 恒 样 6 0m i n 时，A S 基本受时间的影响甚小；而此时受回 火温度的影响也从图4 可知，回火温度高于2 2 0 时，A S 随回火温度变化不明显；再结合图5 ，为使织 针具有高的硬度、耐磨性及良好的弹性，不难确定比 较合适的回火温度和保温时间。 3 讨论与分析 S K 5 钢淬火后获得的组织为M ( 淬火马氏体) + A 硅+ 碳化物，在室温下处于亚稳定状态。淬火钢的 回火是一个由亚稳态

20、趋向稳定平衡态( 铁素体+ 球 状碳化物) 转变的扩散控制相变过程。碳化物的析 出和长大必然与回火时间、温度相关，而回火组织直 接决定了钢的力学性能旧一- ，因此，织针的力学性能 必然受回火温度和时间的影响。 根据试验结果，可以认为：织针在1 0 0 2 0 0o C 范围内回火时，M 开始分解，析出大量e 一碳化物，产 生极大的弥散硬化作用，使织针硬度并未随回火温 度升高而显著下降。在2 0 0 3 0 0 回火时，马氏体 的碳含量不断减少，碳化物析出速度也随之减小，故 其硬度随回火温度升高而逐渐降低；又因残余奥氏 体开始转变为回火马氏体或为较硬的下贝氏体，在 2 4 0 2 6 0o C

21、范围内转变速度达到最大；由于这2 种 转变热效应的叠加，使织针硬度随回火温度升高而 下降的幅度趋于减小。从图7 所示织针在回火 9 0m i n 后其硬度与回火温度的柱状图中可知，2 4 0 一 2 6 0 回火后硬度下降的幅度要比2 0 0 2 4 0 小。 7 4 0 7 2 0 7 0 0 倒 藿6 6 0 群 6 6 0 6 4 0 6 2 0 1 8 02 0 02 2 02 4 02 6 0 回火温度， 图7 织针在回火保温9 0m i n 后其硬度与温度的柱状图 、图6 不同保温时间织针回火硬度随温度的变化 r i g 7 C o l u m ng r a p ho fh s l

22、 d n 嘲w i t hd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e F i g 6 V a r i a t i o ni nh t l l d n 嘲o fk n i t t i n gn e e d l e sw i t ha tt h et e m p e r i n gt i m eo f9 0m l n 把m p e r i n gt e m p e m u 嘲砒鲥伽8 。m p e r i n g 妇 在相同回火温度下随着保温时间的延长，碳原 要受温度和时间因素控制；回火保温时间超过 子继续从马氏体中析出，但是析出的速度和量都大 万方数据 PDF

23、Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 1 2 2 纺织学报 第2 9 卷 为减少，直至马氏体中的碳达到平衡浓度，且析出的 碳化物趋于饱和，此时A 硅也分解得比较完全，此过 程中的转变受固态长程扩散所控制，即受时间因素控 制，因此硬度降低缓慢。这与图5 所示的硬度随时间 变化的趋势是一致的，并且从中可以看出，当回火保 温时间均为9 0m i n ，回火温度低于2 5 0o C 时，硬度保持 在H V 6 3 0 以上，使织针具有高的硬度和良好的耐磨 性，而这是提高织针使用寿

24、命所要求的指标之一。 织针的综合性能要求很高，最终的回火组织是 决定这些性能的一个关键。由材料工程学可知，过 共析钢在略高于A e l 温度快速短时加热淬火，再经 中低温充分回火，不但具有高的硬度和耐磨性，而且 具有良好的弹性。如果淬火温度过高和回火温度偏 高及回火时间过短，热处理后的织针显微组织中碳 化物较少，马氏体粗大，硬度偏低，弹性达不到理想 状态。从理论上讲，低温回火得到回火马氏体，能够 保证高硬度和耐磨性，而弹性可能不如中温回火的 好；中温回火得到回火屈氏体，其性能特点是在具有 一定韧性的同时，兼有高的弹性和屈服极限b 1 ，但硬 度和耐磨性偏低，不能满足其生产使用要求。因而， 织针

25、通常采用低温回火，较少采用中温回火。 淬火高碳钢随回火温度升高，位错密度下降，且 残存位错又为析出的碳化物所钉扎，使弹性极限升 高J ，因此，织针在1 8 0 2 5 0o C 低温回火时，随着回 火温度的升高，抗塑性变形能力加强，使织针回火后 的残余变形量呈现降低的趋势。回火温度超过 2 5 0 碳化物在1 , 相中的晶界或晶面上析出，回火 温度在2 6 0 3 0 0o C 范围内，产生第一类回火脆性， 这可能是织针在2 6 0 回火时弹性出现波动的原因 之一。 4 结论 1 ) 回火温度对织针硬度影响明显。随着回火温 度从1 8 0 提高到2 6 0 ，织针的表面硬度明显降 低。在给定的

26、回火温度下，回火保温时间大于 6 0m i n 时，织针硬度变化不大。 2 ) 织针弹性主要受回火时间影响较大。回火时 间小于6 0r a i n ，弹性随温度的变化减小比较大；而当 回火温度高于2 2 0 ，保温时间大于6 0m i n 时，弹性 变化不大，并保持较小残余变形量。 3 ) 采用适当的低温充分回火工艺，织针不仅可 以具有良好的弹性，还可以有高的硬度( H V 6 5 0 以 上) 。i Z X l i 参考文献： 陈海燕，朱世根，丁浩，等基于A N S Y S 的织针淬火加 热过程的温度场模拟 J 纺织学报，2 0 0 6 ，2 7 ( 4 ) ： 4 4 4 7 冯晋，顾鸿声

27、，黄志明织针井式炉回火工艺探 索 J 纺织器材2 0 0 5 ，3 2 ( 4 ) ：3 4 3 6 张占平，齐育红钢的回火时间一温度一硬度动力学关 系 J 】材料热处理学报，2 0 0 4 ，2 5 ( 1 ) ：4 l 一4 5 赵光铎浅论织针的原材料、热处理和表面处理 J 纺织器材1 9 9 6 2 3 ( 6 ) ：2 1 2 4 史美堂金属材料及热处理 M 上海：上海科学技 术出版社1 9 8 0 ：1 0 0 1 0 2 戚正风金属热处理原理 M 】北京：机械工业出版 社。1 9 8 7 ：1 7 1 1 7 4 1 J 11J 1 J 1 2 3 4 5 6 r L rrL r L 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark