不同材料金属针布齿条的组织与性能

田筱维，王伯健，刘世峰，黄炳喜，李 安

(西安建筑科技大学 冶金工程学院，西安 710055)

•技术专论

不同材料金属针布齿条的组织与性能

田筱维，王伯健，刘世峰，黄炳喜，李 安

(西安建筑科技大学 冶金工程学院，西安 710055)

为了研究梳理机用金属针布齿条材料对其性能的影响，并为齿条制造厂选择高硬度、高耐磨的金属针布齿条材料提供借鉴，对钻石型、先锋型、狼牙型、蓝钻型、瑞士型金属针布齿条进行化学成分、金相组织和硬度测试，并对其组织及性能进行研究比较。结果表明：采用80WV钢制造的瑞士型金属针布齿条的性能最好，而选用相同材料的钻石型、蓝钻型及采用72NbV钢的先锋型次之，采用72B钢的狼牙型性能最差。

金属针布；齿条；成分；质量分数；金相组织；碳化物；硬度；测试；性能

金属针布是梳棉机的关键梳理器材，它包覆在梳棉机的各个滚筒上对化纤、毛、棉等纤维进行梳理，其齿尖面圆柱度、耐磨度、锋利度、表面粗糙度和淬火均匀度(俗称“五度”)直接影响梳棉机对纤维的梳理质量[1]。金属针布齿条基部要求塑性好，这主要是为了保证包卷齿条时伏贴在滚筒表面上，齿尖面圆柱度好[2-4]；对齿尖的要求是硬度高、耐磨损，这主要是为了延长金属针布使用寿命[5-7]，因为金属针布报废的主要原因是齿尖不耐磨，耐用度低，这是其结构和截面尺寸小的特点决定的。金属针布齿条齿尖耐磨的首要条件是：合适的几何参数、高硬度且具有隐针状的马氏体组织[8]，这些要求使其选材和热处理变得尤为重要。笔者选用5种不同型号的金属针布齿条，对比分析其硬度和金相组织，以期为齿条制造厂选择齿条材料提供一定的参考。

1 试验材料及方法

1.1 主要化学成分

试验用金属针布齿条由南通某公司提供，其中瑞士型、蓝钻型、钻石型齿条材料为80WV钢，先锋型为72NbV钢，狼牙型为72B钢，三种材料主要化学成分对比见表1。

表1 金属针布齿条材料化学成分对比 单位：%

1.2 制取嵌样观察金相组织

用钳子随机剪取钻石型、先锋型、狼牙型、蓝钻型、瑞士型5种金属针布齿条中间的一段并标记，然后放在金相镶样机(XQ-1型)上制样；用600号～2 000号砂纸依次对试样进行打磨，并在PG-2C型抛光机上用尼龙布进行抛光；用4%硝酸酒精对试样进行腐蚀，并用酒精清洗、吹风机吹干；最后，将腐蚀后的试样置于型号为OHXMC50型光学显微镜下(500倍)，观察齿尖金相组织并标注、拍照。

1.3 测试硬度

试验用硬度计是上海某公司制造的401MVD型数显显微维氏硬度计。试验时，在制取的金相试样上找到用光学显微镜看过金相组织并拍照的齿，在避开碳化物的情况下，从齿顶面下0.1 mm处开始，向基部依次测试8个点的硬度，试验载荷为25 g，保压时间为10 s，如图1所示。

2 试验结果及分析

2.1 化学成分分析

由表1可以看出，80WV钢的碳质量分数明显高于72NbV钢和72B钢，80WV钢高达0.83%，72B钢仅有0.70%；而碳是钢的主要强化元素，其质量分数决定了金属针布齿条齿尖的硬度和耐磨性；当碳质量分数在一定范围内时，齿尖的硬度及耐磨性随着其增加而提高。80WV钢中含合金元素W和V，而这两种元素在72NbV钢和72B钢中很少或者没有；W能显著提高钢的耐磨性及切削性能，V可以细化晶粒。80WV钢中P、S含量极低，而72NbV钢和72B钢的P、S 含量约是80WV钢的1.8倍；S使钢偏析严重，P容易产生“冷脆”，因而P、S在钢中都为有害元素，不宜过多。虽然3种材料都加入了Cr，但是80WV钢的Cr质量分数较大，72B钢仅为0.04%；Cr不仅能增加钢的淬透性，且能改善钢的抗氧化性能，减少脱碳倾向。

综上，蓝钻型、钻石型、瑞士型3种金属针布齿条材料由于加入合金元素W、V等，与钢中的基本元素Fe、C相互作用，其性能较先锋型、狼牙型好；而先锋型由于Nb、V元素的加入，性能较狼牙型要好。

2.2 金相组织分析

钻石型、先锋型、狼牙型、蓝钻型、瑞士型5种型号的金属针布齿条试样在光学显微镜下的金相组织，如图2所示。

由图2可以看出：狼牙型金属针布齿条淬火后齿尖组织为隐针状马氏体+少量未溶碳化物，未溶碳化物的数量相比其它4种少，约为3.36%，碳化物颗粒平均直径相对较大，约为3.0 μm，且单位面积内颗粒分布均匀性相对其它4种差。瑞士型金属针布齿条淬火后齿尖组织为细隐针状马氏体+少量极细低温回火马氏体+少量弥散碳化物，未溶碳化物数量较多，约为10.5%，碳化物颗粒平均直径较小，约为1.82 μm，且单位面积内颗粒分布均匀性较其它4种好。钻石型金属针布齿条淬火后齿尖组织为细隐针状马氏体+少量未溶碳化物，未溶碳化物数量较多，约为8.37%，且齿尖淬火组织相对瑞士型粗大些，但比其他3种细小，碳化物平均直径约为

2.11 μm，且单位面积内颗粒分布均匀性较瑞士型差，但比其他3种好。蓝钻型金属针布齿条淬火后齿尖组织为隐针状马氏体+少量未溶碳化物，未溶碳化物数量较多，约为7.38%，齿尖淬火组织相对钻石型、瑞士型粗大些，但比先锋型、狼牙型细小，且碳化物平均直径约为2.22 μm，且单位面积内颗粒分布均匀性较瑞士型、钻石型差，但相对先锋型、狼牙型好。先锋型金属针布齿条淬火后齿尖组织为隐针状马氏体+少量未溶碳化物，未溶碳化物数量相对狼牙型多，但比其它3种少，未溶碳化物约为4.36%，碳化物平均直径相对较大，约为2.86 μm，且单位面积内颗粒分布均匀性相对狼牙型好，较其它3种差。

综上，5种不同型号的金属针布齿条齿尖淬火后组织及单位面积内碳化物颗粒大小、分布均匀度、含量均有所不同，这不仅与材料本身的成分有很大的关系，而且与淬火加热温度、保温时间和淬火冷却速度等热工艺参数及热处理质量有很大关系[9-10]。当碳化物分布均匀，碳质量分数高，形成淬火马氏体时，溶入的碳原子也增加，晶格畸变增大，使得位错密度增大，位错阻力增加，引起变形抗力增大，从而提高了金属针布的硬度和耐磨性[11]。瑞士型金属针布齿条组织细小、均匀，单位面积内碳化物颗粒数最多、且分布均匀，碳化物颗粒平均直径也最小，因而其性能相对其它4种较好，钻石型、蓝钻型、先锋型次之，狼牙型性能相对其它4种最差。

2.3 硬度分析

钻石型、先锋型、狼牙型、蓝钻型、瑞士型5种型号金属针布齿条显微硬度值如表2所示，其相应的硬度曲线如图3所示。

表2 5种型号金属针布齿条的显微硬度值 单位：HV0.025

从图3可以看出，5种型号金属针布齿条硬度基本符合由齿顶开始逐渐降低的规律。其中，前4个测点硬度差别大，后4个测点硬度差别小；每个测点显微硬度相当。齿尖硬度：钻石型和瑞士型可达700 HV0.025，而其它3种则约为650 HV0.025，这可能是因为隐针状马氏体基体上均匀分布着细小、弥散的碳化物颗粒，使得其齿尖部硬度较高，也可能是某些合金元素的加入，使其产生了固溶强化而提高了齿尖硬度。基部硬度：5种型号金属针布齿条都约为200 HV0.025，差别不大。此外，齿尖第1点硬度均低于第2点，其原因可能是针布齿条坯料氧化脱碳引起，也可能是淬火时火焰温度高过烧引起；

瑞士型的齿尖硬度最高，其性能相对其它4种较好，钻石型、蓝钻型、先锋型次之，狼牙型的齿尖硬度较低，性能相对其它4种针布最差。

3 结论

3.1 从化学成分分析知，5种型号金属针布齿条的材料，瑞士型、钻石型、蓝钻型为80WV钢，先锋型为72NbV钢，而狼牙型为72B钢，前二者由于有合金元素的加入，其性能较好；而狼牙型因为无合金元素，其性能相对较差。

3.2 从金相组织分析可知，金属针布齿条齿尖淬火后组织及单位面积内碳化物的含量、颗粒大小和分布均匀度都有所不同。瑞士型的齿尖组织细小、均匀，单位面积内碳化物分布均匀且颗粒数最多，碳化物平均颗粒直径也最小，因而其性能相对其它4种针布较好，钻石型、蓝钻型、先锋型次之，狼牙型性能相对其它4种最差。

3.3 从硬度曲线分析可知，5种型号金属针布齿条齿尖硬度都符合由齿顶开始硬度逐渐降低的规律；钻石型和瑞士型齿尖硬度可达700 HV0.025，而其

他则约为650 HV0.025，且基部硬度都约为200 HV0.025。针布齿尖具有较高硬度，原因可能是隐针状马氏体基体上均匀分布着细小、弥散的碳化物颗粒，也可能是某些合金元素的加入，使其产生了固溶强化而提高了齿尖硬度。

综上所述，5种不同型号的金属针布齿条，瑞士型性能最好，钻石型、蓝钻型、先锋型次之，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

陕西省工业科技攻关项目(2016GY-221)；西安市工业应用技术研发项目(CXY1521(4))

田筱维(1989—)，女，陕西澄城人，硕士研究生，主要从事先进材料的制备与组织性能的研究工作。

时间：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