金属针布齿条热处理过程中的热色及其测控

冯喜奎，温　倩，张　幸

(1.浙江锦峰纺织机械有限公司，浙江 温州　325041；2.河南工程学院 机械工程学院， 郑州　451191；3.上海交通大学 材料科学与工程学院，上海　200240)



·生产实践

金属针布齿条热处理过程中的热色及其测控

冯喜奎1，温倩2，张幸3

(1.浙江锦峰纺织机械有限公司，浙江 温州325041；2.河南工程学院 机械工程学院， 郑州451191；3.上海交通大学 材料科学与工程学院，上海200240)

总结金属针布齿条生产线热处理测控现状，结合金属的热色及钢的热色图谱，详尽分析了金属针布齿条热处理的加热特点和热色特点，建立符合金属针布齿条热处理的热色与处理效果比照图表，涵盖淬火加热、高频退火加热、接头对焊加热；以锡林针布和道夫针布两个主导产品为例，分析其淬火加热热色分布及对应区域的处理效果。指出：热色的掌控是针布齿条制造者的基本技能，产品规格、齿形特征、材质选用等的不同，将带来热色特征及操控的巨大差异；对热色深入细致的研讨，有助于提升金属针布齿条的热处理质量，为研发高端产品和打造国际品牌创造条件。

金属针布；针布齿条；热处理；热色；热色图谱；淬火；退火；对焊；测控

0　引言

金属针布齿条的热处理质量状态是产品质量的关键，在国家纺织器材测试中心抽样检测的10个质量项中，与热处理相关的质量项占据了4个(齿尖硬度——测点1、半齿深硬度——测点2、齿根硬度——测点3、基部硬度——测点4)，热处理质量也是用户反馈质量问题最集中之处。淬火质量直接影响针布的耐磨性和纤维梳理总量，是目前国产针布与进口高端针布市场竞争中久攻不下的一个难点。金属针布齿条具有小截面线性延长的特点，其热处理是在专用生产线上连续放线加工而成，在微小的区域内(如20系列的锡林针布是在2 mm之内)获得足够硬的齿部淬火效果(达900 HV)，恰当的齿部淬火深度，足够软的基部硬度(约200 HV)，一直是针布齿条制造必须面临的难题。在其特殊加热方法前提下，研究其加热时热影响区的热态形像(热像)、温度分布、热处理后的硬度分布以及热像—温度—硬度三者的关系，对于有效测控金属针布齿条的热处理，获得理想的热处理效果至关重要。

1　金属针布齿条生产线热处理测控现状

金属针布齿条在冲淬卷联合生产线上的热处理涉及4项：高频退火加热、火焰淬火加热、接头时对焊加热、高频回火加热。由于此类产品具有连续放线式加工及微小尺寸的特点，其被加热的温度无法像常规热处理那样直接测量显示，如小规格的锡林，其齿部淬火加热的区域不大于0.40 mm，且热齿还处在运动当中，即使采用红外测温，其加热区域也达不到仪器要求的最低热区尺寸范围。生产线上4项加热全部以间接的方式加以控制：高频退火和淬火后的回火，是在确定线速度条件下适配高频感应圈，配以调节高频电源的振荡电流；齿部淬火加热，是在确定线速度下适配火焰淬火喷嘴，配以调节燃气和助燃气供给量及混合比；针布齿条接头对焊后的退火加热，则是靠调节对焊机波段开关并辅以调整焊口间距及导通时间。

针布齿条在线热处理测控现状可以归纳为：调控←→热像←→效果。调控是对工装器具规格及工艺参数的调节，热像是在线可观察到的加热区热态，效果是下线产品获得加热区硬度及金相组织分布。

针布齿条生产线挡车工主要靠在线加热形成的热像与下线后热处理效果检测间的反复比照，建立起来热像与效果的对应关系，以个人经验及时调节，以获得产品技术要求规定的热处理效果。热像是即时的、动态的、可见的，效果是事后测得的。

2　金属的热色及图谱

2.1金属的热色

金属被加热时由于热振动的存在，不时地发射着电磁辐射能(即所谓的光)。温度低时，这种光的频率低、波长长，是人眼看不到的远红外线和红外线。随着温度的升高，光的能量逐渐增加，频率增高，波长变短。当温度达约600℃时，这种光进入可见光谱范围，呈暗棕红色；达800℃时，呈橘红色；继续升高达1 000℃以上时，将逐渐呈橙黄以至黄白色[1]。这种由于热振动和电磁辐射而发射，能间接显现被加热金属温度的可见光颜色称为热色，行业内也常称为火色；所谓火色，并不指加热时火苗或炉膛的颜色，而是指被加热体即工件所展现出的颜色。

2.2钢的热色图谱

钢的加热火色与温度有一定的对应关系。钢被加热时，在不同温度对应不同的波长和颜色(热色)，如图1所示，将被加热金属的温度和其对应的热色由低温向高温排成图列，这种反映钢被加热时热色与对应温度的图列称为钢的热色图谱[2-3]。不同的钢种，热色与温度的对应值会有一定的差异，但常用钢的热色与温度对应值相似。

2.3热色图谱的热色渐变规律简析

温度低时，这种光的频率低、波长长，是人眼看不到的远红外线和红外线，所以600℃或550℃以下几乎看不到热色，无法凭人的视觉感知被加热体的温度。而从600℃或550℃到1 300℃之间热色呈现如下渐变规律：

600℃→800℃→900℃→1 000℃→1 300℃

棕(赤)红→红→橘黄(橙)→黄→白

3　金属针布齿条热处理的热色分析

3.1金属针布齿条生产中的热处理特点

3.1.1微小区域加热

微小区域加热，如小规格锡林，总高仅1.5 mm～2 mm，淬深不足0.4 mm。

3.1.2移动中加热

以5 m/min～30 m/min速度移动中加热，加热区域热色不易观测。

3.1.3极高的温度梯度

由于产品微小，从淬火硬化区到非淬火硬化区的过渡区间极其微小。

3.1.4特殊加热方法

淬火采用火焰加热，退火及回火采用高频感应加热，接头采用电阻加热。

3.1.5相邻区域呈现极大硬度反差

如小规格锡林，齿部淬火硬度达800 HV以上，而仅相距0.2 mm的基部则要求硬度不大于240 HV。

3.1.6高碳敏感材质

新型金属针布齿条材质的碳含量已提高至0.8%，而高碳合金钢的碳当量则会更高，矮而薄的金属针布齿条在淬火和接头的加热中极易发生非淬硬区(如齿根或基部)过硬。一旦达到淬火温度，室温条件下即可生成淬火组织。

3.1.7规避滞留加热

以确定的速度匀速移动，方可获得恰当的加热强度，停滞将导致过热脆断。

3.1.8精准定位加热

产品形体微细且临近区域硬度大反差，必须在精准定位条件下加热。

3.1.9接头对焊包含热处理

接头对焊时，形成焊瘤瞬间的温度很关键，在过低温度下顶锻形成“虚、高、松、脆”焊瘤，在过高温度顶锻则生成“凹陷”(不饱满)焊瘤，通过接头工艺技巧设置，可以调控顶锻在最佳温度下发生。顶锻生成的焊口通常是淬火组织，需在对焊机上实施退火处理，而焊口修磨后则需要低温去应力退火处理(兼有修磨区着色目的)[4]。

3.2金属针布齿条热处理的热色特点

3.2.1热齿微小

小规格锡林针布齿条淬火时，齿部加热平面宽度不足0.4 mm。

3.2.2热齿移动

被加热的针布齿条在快速移动中，小规格针布齿条的热齿在移动中热像不易被视觉捕捉。

3.2.3热齿断续

如图2所示，金属针布齿条由齿部和齿隙相间而成，移动中的针布齿部是断续的热体。若把齿部区间再分层分析，会发现越靠向齿尖，沿齿条长度方向有齿区域更短，而无齿的齿隙区域更长。

3.2.4齿部热色淡化

火焰喷嘴加热后，连续的区域(除齿部之外的区域)呈现热色，代表该区域的热色，齿部则不然。例如物理课七色盘旋转效果演示，转盘均分为赤橙黄绿青蓝紫七区，当转盘转速达到人的视觉无法跟踪时，将呈现七色混合效果——无色的日光。人的视觉有一定的跟踪分辨能力，大规格金属针布淬火时，易于把视线与移动速度同步，能观察到每个齿的热态图像。对于小规格的金属针布(如20系列锡林针布)，人的视觉根本无法捕捉到单个齿的热态图像，仅能看到热态齿部与齿隙的混合效果，而齿隙处在出喷嘴之前是火焰(通常为淡色)，出喷嘴之后是无色空间，这样以来，流动的热齿区域的热色将被淡化，且越靠近齿尖，淡化越加剧。

如图2所示，从平面上观测齿部和齿隙占据区域面积，道夫针布齿部/齿隙的比值较大，热色淡化不严重，锡林的齿部/齿隙比值较小，热色淡化严重。这才是道夫淬火热色呈现较高温度，而锡林淬火热色呈现较低温度的根本原因。

3.2.5火焰色泽影响热色观测

喷嘴火焰可以呈现出不同的色泽，氧化性火焰呈淡蓝色，加热强度不足，易产生针布表面氧化，但利于热色观测；中性焰淡黄色，加热强度足，对热色观测稍有影响，使热色不够鲜亮(热色变淡，好像温度不够高)；还原性焰呈白亮色，加热强度不足，严重影响热色观测(热色极度变淡，让人感觉加热温度严重不足，容易误导挡车工提高加热温度，造成过热)。

3.2.6室内外光照影响热色观测

环境明亮度对热色观测有极大影响。室外阳光的影响最为显著，晴天特别是阳光直射到淬火喷嘴时，热色变淡变暗；阴天与晴天，白天与晚上，近窗与暗室都影响热色观测。加盖喷嘴淬火防风罩对热色观测有利。

3.2.7高频退火封闭加热

为抑制产品的表面氧化，高频感应加热退火设置在密闭管道中进行，生产中无法观测到热色，只能在工艺试验中观测，依据试验检测结果做调节。

3.2.8高频回火不显热色

淬火后的回火温度较低，观测不到热色，只能通过硬度及金相分析做调控依据。

3.2.9接头对焊借助热色完成

金属针布齿条的接头实际是基部的对焊，顶锻瞬间及退火过程的热色可见、可控，焊瘤形貌、焊缝金相组织、焊缝及热影响区硬度要借助热色调控。

4　金属针布齿条加热热色掌控

4.1加热的热色及对应效果

如前所述，金属针布齿条在淬火加热、高频退火、接头加热三工序中涉及热色。借助热色的观测及评判，调节加热强度获得理想的热处理工艺效果，是冲淬卷车间挡车工的基本技能，此技能是通过反复参与“热色调控与工艺效果预测”的技能演练逐步掌握的，即参与者现场操控调节，即时取样送检，快速检测并报告结果，及时修正和完善参与者热色观测评判的技能。将热色按温度高低顺序排列，并与处理效果对应形成图表(见表1)，即为金属针布齿条加热热色图谱，每级热色对应的热处理工艺效果列于图表中，此图谱是工艺实践总结的产物。

4.2热色的掌控

表1是白天晴好天气车间内条件下(无直射阳光)，淬火加热、高频退火、接头对焊时被加热的热色和对应的温度。金属针布齿条的规格品种不同，其几何尺寸、齿部形貌、齿部/齿隙比值等差异较大，影响其热色的显现；光照条件的影响会更加显著，同样的温度阴天或晚上热色会显得亮些，亮光下(特别是直射阳光下)热色会显得暗些。实际生产中，要依据具体产品规格的热处理质量要求，借助热色表像调控加热强度，以获得预期效果。针布齿条正常淬火加热温度为850℃～880℃，锡林针布齿条材质含碳量高，淬火温度应稍低；道夫针布齿条含碳量低，淬火温度应稍高。

表1金属针布加热热色与工艺效果

图3为小规格锡林针布齿条淬火加热热色分布效果，从齿顶到基部分为6个区域，每个区域的热色、温度及其处理效果见表2。由于小规格锡林针布齿条淬火加热时，移动热齿的热色淡化，各热色级别所具有的实际温度比表1要偏高1～2个级别。图3中所示的4个标志点是4个硬度测点。

表2小规格锡林针布齿条淬火加热热色分布及处理效果

图4所示为道夫针布齿条淬火加热热色分布效果，从齿顶到基部同样分为6个区域，每个区域的温度、热色及其处理效果见表3。道夫针布齿条规格尺寸较大，齿深也较深，淬火时为强化淬火深度，有时会出现上半齿轻微脱皮问题；相对锡林针布齿条而言，由于道夫针布齿条基部较厚，材质碳含量较低，在强化淬火深度时，基部显现些热色(深棕红)也不会过硬。

5　结语

5.1在生产现场，被加热金属针布齿条的热态色泽是渐变的，为便于区分和比对，这里采取分层配色，尽量接近和模拟原貌。

5.2对热色的掌控是金属针布生产者及技术人员必须掌握的基本技能，此项技能必须通过大量的热色调节、效果预测、即时检测的反复演练、及时修正方可获得。

表3道夫针布齿条淬火加热热色分布及处理效果

5.3产品规格、齿形特征、材质选用等的不同，将带来热色特征及操控的巨大差异。

5.4实际生产中，员工和冲淬卷机台的规格品种应尽量保持稳定；如有变动要先重复工艺演练(包括淬火、高频退火、高频回火、接头对焊)，掌控达标后方可正式生产。

5.5金属针布齿条(尤其是小规格锡林针布齿条)每卷总长较长，在生产线上历时数小时才能完成，其淬火加热强度及状态无法通过仪表直接显示，而即时的热色是可以观测到的，热色一直是挡车工及巡检员评判、调节及操控淬火加热状态的首要依据。

5.6对金属针布齿条热处理过程中的热色进行深入细致的研讨和掌控，有利于生产企业提升产品的热处理质量，为研发高端产品和打造国际品牌创造条件。

[1] 冶金工业部钢铁研究总院.合金钢手册：上[M].北京：冶金工业出版社，1984.

[2] 李国彬.热处理工艺规范与数据手册[M].北京：化学工业出版社，2013.

[3] 杨满.实用热处理技术手册[M].北京：机械工业出版社，2010.

[4] 冯喜奎.新型金属针布接头对焊质量的分析与探讨[J].棉纺织技术，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

冯喜奎(1956—)，男，河南荥阳人，高级工程师，主要从事梳理器材方面的研究。

TS103.82+1

A

1001-9634(2016)01-0018-05

网络出版时间：2015-10-20 10∶19

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