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盖板针布回火工艺探讨
姜立新、顾晓鹏 [金轮针布（江苏）有限公司]
0 前言
以往盖板针布采用火焰或高频淬火后利用钢针根部余热对淬火部位进行自回火，但产品使用过程中发现经磨针得到的锋利针尖易崩刃。经金相分析：弹性针布针尖部为淬火粗针马氏体加少量残余奥氏体不稳定组织，淬火临界面因自回火组织改善较好。说明钢针根部所带热量不够对针尖进行合适的回火。在火焰淬火工艺的基础上，在线设计加装高频感应加热设备与感应器及调节装置，冷却循环水箱。采用正交试验优化得出高频回火工艺，使回火工艺数据更科学、合理，达到回火后降低弹性针布针尖脆性，获得稳定回火马氏体组织。
1 高频回火工艺配置
1.1 高频感应加热设备
SPG-06B-III高频电源输出功率6.6 kW；频率0.4～1.1 MHz，使用冷却水为纯净蒸馏水，水压＞0.2 MPa，流量＞2 L/min，冷却水温≤45 ℃。
1.2 高频感应器结构型式与特点
弹性盖板针布火焰淬火后的回火属于局部回火，采用端面加热方式。结合感应器的邻近效应，设计出如图1所示的3种感应器型式。
图1 感应器设计型式
图1中感应器I中有三根导体的电流方向同向，邻近效应强烈；感应器III中有两根导体的电流方向相同；感应器II中相邻导体的电流方向相反。紫铜管直径5 mm，直径越小加热效率越高，但直径太小不易弯曲成型且管子容易发生堵塞。根据弹性针布植针宽度22 mm，针布条宽度34 mm，感应器加热宽度选用50 mm。
2 高频回火工艺设计
2.1 试验因子和水平
试验因子和水平见表1，正交试验表头设计及试验搭配见表2。
2.2 弹性盖板针布回火试验数据分析
2.2.1 直观分析
试验结果列于表3，各水平的平均值和极差列于表4。
根据表4，由极差（Rj）的值可知各因素对回火硬度的影响顺序为：A＞B＞C。为直观起见，用因素水平作横坐标，分别以回火硬度平均值（
）作纵坐标，画出因素与指标关系图（趋势图），见图2。
图2 各因素与回火硬度之间的关系
仅以回火硬度平均值作为考查指标（硬度范围790～860HV0.2且以低硬度值为宜），可以得到A1B3C2的最优方案。弹性针布回火工艺为A1B3C2，即感应器形式为I型，感应电流12A，感应距离2 mm。
2.2.2 方差分析
表3中试验数据经方差分析，其结果列于表5。由表5可知：FA＞F0.05 (2，6)。所以因素A即感应器形式是对钢针回火硬度有显著影响，可信度大于67%（见表5）。
2.2.3 试验结论
根据试验数据的直观分析、方差分析，可以看出弹性针布回火最优工艺为A1B3C2，即感应器形式为Ⅰ型，感应电流12A，感应距离2 mm。
2.2.4 最佳工艺回火组织
弹性盖板针布火焰淬火组织：细针状马氏体+较粗自回火马氏体+少量碳化物。
图3 弹性针布火焰淬火组织 （×1000）
弹性盖板针布高频回火组织：回火细针状马氏体+少量弥散碳化物，淬火细针状马氏体组织彻底转变。
图4 弹性针布回火组织（×1000）
经过高频回火工艺的反复试验验证，确定弹性针布在线高频回火工艺如下。
（1）高频感应电源： 输出功率6.6 kW,频率0.4～1.1MHz；
（2）高频感应器：型式Ⅰ，感应电流 12A；距离针布2 mm。
（3）冷却水：为纯净蒸馏水，水压＞0.2MPa，流量＞2L/min，水温≤45°；循环水箱容积850～950 L。
3 试验总结
（1）盖板针布高频回火后针布硬度降幅不大，但对消除火焰淬火应力及组织改善明显，针布耐磨性和弹性得到进一步增强。
（2）SPG-06B-III型高频电源符合盖板针布回火要求。当高频感应器规格一定时，随着高频电流的增大，针布针尖硬度逐步下降，当高频电流达到最大21A时针尖因高温回火而失效。
（3）通过试验比较证明，选定高频回火工艺（高频感应器选用I型，感应器与针尖的距离为2 mm，高频电流为12A）能有效使淬火细针状马氏体组织转变为回火细针状马氏体稳定组织。
参考文献：
［1］刘振学，黄仁和，田爱民．实验设计与数据处理［M］．北京：化学工业出版社，2005：72－74．
［2］刘志儒，卢锦宝．金属感应热处理（上）［M］．北京：机械工业出版社，1987：192－193．
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