專利名稱：確定網(wǎng)帶爐織針光亮淬火工藝參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與織針有關(guān)，涉及織針連續(xù)生產(chǎn)條件下的熱處理，特別是一種用計算機模擬確定網(wǎng)帶爐織針光亮淬火工藝參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
織針目前主要用高碳鋼制造，為了防止織針表面發(fā)生氧化脫碳，需要在真空或者保護性氣氛中進行熱處理?？椺槾慊鸬闹饕O(shè)備為網(wǎng)帶式保護氣氛電阻爐，以下簡稱網(wǎng)帶爐，其淬火過程可以用圖1說明織針2的光亮淬火，是通過有機物質(zhì)的裂解，在爐膛內(nèi)部形成保護性氣氛9，保證織針2在加熱過程中，不接觸氧化性氣氛，防止形成氧化皮或者表面脫碳。網(wǎng)帶爐是連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，沒有密封的固定爐門。在織針2的出口端，通過淬火油槽8實現(xiàn)密封。在織針2的入口端，密封是通過裂解氣體燃燒，形成的有密封作用的火簾4來實現(xiàn)的。一排排織針2密集排列在一起，放在連續(xù)運動的網(wǎng)帶1上，隨網(wǎng)帶1一起進入爐膛被加熱，最后落入油槽8中淬火。網(wǎng)帶爐分為三段等長度的單獨溫度控制區(qū)段5、6、7。織針熱處理工藝為裂解保護性氣氛光亮化淬火，主要的工藝參數(shù)可以分為4類決定爐膛溫度分布的三段爐膛控制溫度；決定爐內(nèi)氣氛的裂解介質(zhì)、裂解溫度和用量；與爐膛溫度一起決定織針升溫及奧氏體化過程的網(wǎng)帶速度或加熱時間；決定織針淬透性及淬火應(yīng)力的淬火介質(zhì)種類和溫度。
以上工藝參數(shù)目前的確定方法，主要憑經(jīng)驗提出，然后進行工藝試驗，根據(jù)實驗結(jié)果進行反復修正，使織針的使用性能基本達到要求，最后綜合湊在一起確定生產(chǎn)中的工藝參數(shù)。這種方法，在這里稱為工藝試湊法。由于不了解織針在淬火過程中溫度的變化規(guī)律，工藝試湊法不僅需要進行多次工藝試驗，而且很難找到最佳匹配的工藝參數(shù)。因此，用這種方法確定的工藝參數(shù)而生產(chǎn)的織針，很難達到最好的力學性能。由于織針的加熱和保溫是由各種工藝參數(shù)綜合決定的，因此，當局部條件發(fā)生變化時，使熱處理的結(jié)果變得不穩(wěn)定。實際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)企業(yè)普遍存在這樣的問題，造成的后果是生產(chǎn)的織針質(zhì)量不穩(wěn)定和性能偏低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種確定網(wǎng)帶爐織針淬火工藝參數(shù)的方法，通過本方法不僅可以了解織針在網(wǎng)帶爐淬火過程中溫度變化規(guī)律，而且根據(jù)本方法確定的網(wǎng)帶爐工藝參數(shù)對織針進行淬火，可以保證織針熱處理后獲得期望的力學性能，據(jù)此對網(wǎng)帶爐的改進，可使織針淬火更為簡便可靠。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種確定網(wǎng)帶爐織針光亮淬火工藝參數(shù)的方法，所說的工藝參數(shù)包括火簾位置、網(wǎng)帶爐控制溫度、網(wǎng)帶速度、火簾前溫度、裂解爐酒精滴速、淬火介質(zhì)和冷卻溫度，其特征在于該方法的步驟如下①.根據(jù)織針的材料和使用性能要求，確定淬火加熱溫度范圍，取中間值作爐膛控制溫度Tk；②.根據(jù)目標碳勢，確定裂解爐工業(yè)酒精的滴速為105～110滴/分鐘。
③.根據(jù)織針材料奧氏體轉(zhuǎn)變時間t1、奧氏體均勻化保溫時間t2和材料奧氏體均勻化所需爐膛長度L2確定網(wǎng)帶速度VV＝L2/(t1+t2)；④.在上述Tk和V的條件下，測量出網(wǎng)帶爐的初步火簾位置L1和爐膛溫度分布T(x)；⑤.將淬火過程密集排列在網(wǎng)帶上的織針視為薄板，與網(wǎng)帶合在一起，作為熱物性不同的整體，建立包含網(wǎng)帶爐加熱特點的熱傳導方程V(T/x)＝λ/ρCp[(2T/x2)+(2T/y2)+(2T/z2)]邊界條件為
爐門為第一類邊界條件，邊界溫度為爐門的環(huán)境溫度，本例實施在夏天，取室溫T(0)＝30℃；其它為第三類邊界條件，取決于爐膛溫度分布T(x)，網(wǎng)帶爐門中間點為坐標原點，式中T為織針某點的溫度；λ為織針材料的導熱系數(shù)；ρ為織針材料的密度；Cp為織針材料的定壓比熱容；x、y、z為織針某點在固定直角坐標系中的位置；用計算機采用插值法和有限差分方法計算出織針淬火過程的溫度場分布T’(x)；⑥.將計算結(jié)果T’(x)與期望的織針加熱過程進行比較，保證在火簾位置之前溫度小于織針氧化脫碳溫度，在爐膛內(nèi)織針達到期望的奧氏體化溫度Tc，而且有合理的保溫時間，此工藝參數(shù)即為合理的工藝參數(shù)。
所述網(wǎng)帶爐初步火簾位置由直尺測量。
所述爐膛溫度分布采用XWX-1042型自動平衡記錄儀測量，并用鎧裝鎳鉻—鎳硅熱電偶進行探測。
所述織針的材料為SK-5鋼，查閱手冊可知其淬火溫度范圍是780～820℃，Tk＝Tc+(50～90℃)，Tc＝727℃，氧化脫碳溫度為540～560℃，相應(yīng)的淬火工藝參數(shù)確定如下①.爐膛控制溫度Tk為800℃；②.火簾位置離爐門口的距離L1＝0.2m；③.火簾前溫度必須低于540℃；④.裂解爐工業(yè)酒精的滴速為105～110滴/分鐘；⑤.網(wǎng)帶速度V＝300mm/min，t1＝20秒，t2＝60秒；
⑥.網(wǎng)帶爐膛長度L＝L1+L2＝0.2m+0.8m+V(t1+t2)＝1.4m。
所述網(wǎng)帶爐為三段式網(wǎng)帶爐，靠近爐門進口段的控制溫度取790℃，中段和出口段的控制溫度取800℃。
所述靠近爐門進口段的控制溫度取低于540℃的溫度，中段和出口段的控制溫度取800℃，相應(yīng)的網(wǎng)帶速度低于300mm/min。
本發(fā)明改進的網(wǎng)帶爐由四段加熱控制段組成，第一段為靠近爐門口一邊的0.2m加熱控制段，其控制溫度應(yīng)該低于540℃，本例取控制溫度為300℃，后三段的控制溫度設(shè)定為織針期望的淬火奧氏體化溫度。
所述的網(wǎng)帶爐的主要工藝參數(shù)為用SK5制造的寬度為1.4mm主針，控制溫度為800℃，網(wǎng)帶速度300mm/min，酒精滴速為105～110滴/min；用SK5制造的提花針寬度為6mm，控制溫度為805℃，網(wǎng)帶速度160mm/min，酒精稀釋溶液的滴速為60～65滴/min用65Mn制造的寬度為6mm的提花針，控制溫度為825℃，網(wǎng)帶速度為160mm/min，酒精稀釋的溶液滴速為60～65滴/min。
本發(fā)明的技術(shù)效果本發(fā)明采用計算機模擬出織針在網(wǎng)帶爐中淬火過程溫度場分布，對織針在網(wǎng)帶爐淬火加熱過程中溫度變化規(guī)律有了詳細的了解。
在此基礎(chǔ)上，從織針材料的物理化學性能出發(fā)，確定網(wǎng)帶爐織針淬火的工藝參數(shù)，比較符合淬火工藝的客觀規(guī)律，不容易產(chǎn)生織針性能不穩(wěn)定的問題。
在火簾前網(wǎng)帶爐的溫度低于織針氧化脫碳溫度，保證織針淬火過程不會有氧化脫碳發(fā)生。
根據(jù)目標碳勢所確定的酒精裂解滴量是科學的，保證了在火簾之內(nèi)碳勢合理，不會使織針發(fā)脆和脫碳。
利用本發(fā)明的工藝參數(shù)，指導織針淬火，獲得的實際結(jié)果是織針表面硬度控制在HV676～713，大幅度提高，與心部硬度基本一致，解決了織針表面硬度不足的問題，織針其它性能也均達到或超過紡織工業(yè)標準，使用壽命比以前提高了一倍，達到了4～6個月。
通過計算機模擬，提出了對現(xiàn)有網(wǎng)帶爐改進借助于新結(jié)構(gòu)的設(shè)備，可以單獨依靠控制裂解介質(zhì)滴量控制目標碳勢，依靠前置爐膛溫度保證織針在進入火簾位置之前低于氧化脫碳溫度，用最后一段爐膛溫度控制織針奧氏體化溫度，依靠中間段爐膛溫度和網(wǎng)帶速度控制織針奧氏體化保溫時間。這樣，可以方便對影響織針淬火的各工藝參數(shù)單獨調(diào)節(jié)。借助已有的熱處理理論和經(jīng)驗，對不同材料和不同形狀的織針，容易實現(xiàn)最佳工藝參數(shù)配合。對于織針獲得最佳的綜合力學性能非常有利。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是已有的三段式織針淬火網(wǎng)帶爐結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是網(wǎng)帶爐織針淬火溫度場計算機模擬的程序框圖。
圖3是三段爐膛控制溫度為800℃，網(wǎng)帶速度為100mm/min時織針溫度場數(shù)值模擬結(jié)果圖。
圖4是三段爐膛控制溫度為800℃，網(wǎng)帶速度為300mm/min時織針溫度場數(shù)值模擬結(jié)果圖。
圖5是三段爐膛控制溫度為800℃，網(wǎng)帶速度為800mm/min時織針溫度場數(shù)值模擬結(jié)果圖。
圖6是采用原工藝參數(shù)時織針溫度場數(shù)值模擬結(jié)果圖。
圖7是本發(fā)明四段式網(wǎng)帶爐結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面以SK-5鋼為材料的織針淬火工藝為實施例對本發(fā)明作進一步說明。
1.裂解介質(zhì)及其用量的確定織針的光亮淬火，是通過有機物質(zhì)的裂解，在爐膛內(nèi)部形成保護性氣氛，保證熱處理零件在加熱過程中，不接觸氧化性氣氛，防止形成氧化皮或者表面脫碳。網(wǎng)帶爐是連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，沒有密封的固定爐門。在織針的出口端，通過淬火油槽實現(xiàn)密封。在織針的入口端，密封是通過裂解氣體燃燒，形成的有密封作用的火簾來實現(xiàn)的。
本實施例裂解介質(zhì)采用工業(yè)酒精，滴入裂解爐進行裂解，分解的氣氛通到網(wǎng)帶爐。酒精的滴量決定了爐子內(nèi)部的碳勢滴量大，碳勢高，織針發(fā)脆；滴量小，碳勢弱，即使在火簾內(nèi)部，也可能造成織針脫碳。
滴量確定的依據(jù)是目標碳勢?？梢圆捎锰紕菘刂苾x直接控制，也可以用鐵箔進行測量來試驗確定，還可以通過耗氣量計算來確定。本實施例通過耗氣量計算，確定1.4m長的網(wǎng)帶爐，處理SK5鋼織針，合適的酒精滴量為105-110滴/min。
火簾的位置與裂解介質(zhì)的用量有關(guān)，在以上酒精滴量條件下，用鋼尺直接測量出火簾的位置，距離爐門口為0.2m。
2.爐膛加熱控制溫度和網(wǎng)帶速度的確定爐膛加熱的控制溫度和網(wǎng)帶速度的確定，對于織針的加熱過程起重要作用。在很大程度上，影響著織針在進入火簾之前，是否達到氧化脫碳溫度。同時，還影響織針奧氏體化加熱溫度和保溫時間。這個問題必須結(jié)合織針加熱過程的溫度場數(shù)值模擬綜合考慮。
參照圖1，對織針淬火的加熱過程，從物理意義上分析，主要包括以下特點1)織針2加熱過程中的能量來源包括與爐膛的對流換熱，爐壁的輻射傳熱，與爐底板之間通過網(wǎng)帶的熱傳導。
2)織針2緊密排成一列，通過網(wǎng)帶1不斷被輸送到爐膛內(nèi)部，實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。這樣，織針之間也存在熱傳導。
3)織針在每一時刻的位置是變化的，由于位置不同，對于單個織針，邊界條件也在不斷發(fā)生變化。
由于以上特點，如果用以熱傳導微分方程為基礎(chǔ)的任何數(shù)值計算，都可能遇到不可克服的困難。這個困難就是單根織針相對于固定坐標系，其位置不斷變化。或者相對于與網(wǎng)帶1移動速度相同的運動坐標系，織針2在網(wǎng)帶1移動方向的邊界條件，隨時間不斷在變化。無論使用什么坐標系，模擬織針與相鄰織針之間的界面，其邊界條件都很難通過工程方法獲得。
熱傳導微分方程的建立的基礎(chǔ)，是單元體的能量分析方法。如果忽略接觸傳熱的熱阻以及奧氏體相變的潛熱，就可以將網(wǎng)帶上的所有織針2按照一塊薄板來考慮，與移動的網(wǎng)帶1一起，當作連續(xù)的、性能不同的整體固體材料進行考察。在固定坐標系中，考慮網(wǎng)帶爐織針淬火加熱過程的特點，建立本工程問題的能量方程，或者說數(shù)學模型V=∂T∂x=λρcp(∂2T∂x2+∂2T∂y2+∂2T∂z2)]]>式中T[℃]為織針2的某點的溫度，與織針在爐膛中的位置和這點在織針中的位置有關(guān)系；V[mm/min]為網(wǎng)帶速度，連續(xù)生產(chǎn)時為一常數(shù)；λ[W/(m·℃)]為材料的導熱系數(shù)；ρ[kg/m3]為材料的密度；Cp[J/(kg·℃)]為材料的定壓比熱容。x、y、z某點在固定直角坐標的位置。
以上方程包含的研究對象，就是網(wǎng)帶爐內(nèi)部所有織針2組成的薄金屬板，與網(wǎng)帶爐內(nèi)部的網(wǎng)帶1，聯(lián)合構(gòu)成的熱物性不同的整體板件。由于考慮了網(wǎng)帶爐連續(xù)生產(chǎn)的特點，即非穩(wěn)態(tài)過程的穩(wěn)定生產(chǎn)，可以將邊界條件轉(zhuǎn)化為工程上可以獲得的這個整體板件的邊界。
在滿足工程問題的要求下，可以將靠近爐門的邊界單元的邊界條件作為第一類邊界條件，其溫度為T(i，j，k)＝T0
T0是爐門口織針2的環(huán)境溫度，本實施例取室溫，為30℃。
其它邊界上的單元可視為滿足傳熱學上的第3類邊界條件。其確定方法是取環(huán)境溫度分布，本實施例就是爐膛溫度分布和界面換熱系數(shù)。
本實施例進行實際溫度測量所用的儀器是XWX-1042型自動平衡記錄儀。測量爐膛內(nèi)不同位置的溫度用的是直徑為2mm的鎧裝鎳硌—鎳硅熱電偶。
第三類邊界條件的界面換熱，通常用換熱系數(shù)方法進行計算，但換熱系數(shù)本身沒有明確的物理意義，并且通常不容易直接確定。工程上，主要采用各種方法進行實際測量，或者采用相似原理進行引用或者估算。本例采用相似原理進行計算，計算方法可以參考傳熱學方面的理論或研究成果。
3.材料的熱物性確定方法，主要是依據(jù)相關(guān)的手冊，或者通過某些標準的方法直接測試得到。但必須考慮熱物性隨溫度的變化。本例織針2材料為SK-5(相當于T9A)鋼和65Mn，其性能可以直接在相關(guān)手冊中查到。
在完成以上步驟后，就可以進行編程?，F(xiàn)有的工程軟件也可以進行近似計算，但必須根據(jù)網(wǎng)帶爐的物理特點，將邊界條件進行合理的處理。
將網(wǎng)帶1與織針2劃分成單元，單元大小取決于計算精度要求，本例為0.35mm×0.35mm×0.35mm。圖2是網(wǎng)帶爐織針淬火溫度場數(shù)值模擬的程序框圖。采用的迭代計算方法為高斯迭代法，用FORTURN語言編制運算程序。
大部分企業(yè)生產(chǎn)織針用的材料為SK-5鋼，相當于國產(chǎn)T9A鋼。這種材料的淬火加熱的溫度范圍是780-820℃，氧化脫碳溫度為540-560℃。為保證其最佳綜合性能，這里取其中間值800℃，作為網(wǎng)帶爐三段爐膛控制溫度。為徹底避免氧化脫碳，將其脫碳溫度用540℃作為判據(jù)。
在爐膛控制溫度為800℃條件下，網(wǎng)帶速度是可以變化的。從熱傳導微分方程上看，網(wǎng)帶速度的變化可能影響織針加熱的溫度場變化。本實施例分別假定網(wǎng)帶的速度為100mm/min，300mm/min和800mm/min，進行織針淬火過程的溫度場數(shù)值模擬。模擬結(jié)果見圖3、圖4和圖5。
由計算機模擬結(jié)果可以看出，織針溫度變化的趨勢接近爐膛溫度的分布。爐膛的溫度分布一般由爐膛的控制溫度決定，因此，爐膛的控制溫度基本決定了織針的加熱過程。網(wǎng)帶速度的不同，決定了織針溫度接近爐膛溫度的位置不同。網(wǎng)帶速度越高，織針溫度接近網(wǎng)帶爐的爐膛溫度位置離爐門越遠。也就是織針在網(wǎng)帶爐的爐門附近，或者說在火簾位置之前，其溫度是比較低的。因此，單從解決織針表面的脫碳問題考慮，網(wǎng)帶速度高一些好。
從模擬結(jié)果還可以發(fā)現(xiàn)，實際加熱過程中，織針的內(nèi)部溫度并不完全相同，特別是在爐門口附近。計算結(jié)果表明，織針的針勾部位升溫最快，織針針身中間的下部升溫最慢。這種差別隨著網(wǎng)帶速度的增加而增大，然而，就爐門口的情況來看，網(wǎng)帶速度的越高，織針的在爐膛同一位置處達到的溫度越低。例如，在800mm/min的網(wǎng)帶速度條件下，即使升溫最快的針勾部位，在距離爐門0.27m處才達到氧化脫碳溫度。而在網(wǎng)帶速度為100mm/min的條件下，即使升溫最慢的織針針身中間的下部，在距離爐門0.18m處就達到了氧化脫碳溫度。
綜上所述，從保證織針溫度均勻方面考慮，網(wǎng)帶速度慢一些好。從防止織針氧化脫碳方面考慮，網(wǎng)帶速度快一些好。但從模擬結(jié)果來看，即使在800mm/min的條件下，織針升溫最慢的部位也達到了爐膛設(shè)定的溫度。
某企業(yè)織針光亮化淬火的原工藝參數(shù)如表1，測量其火簾的位置在距離爐門為0.22m。用以上步驟，對其進行了織針光亮化淬火加熱過程的溫度場仿真，結(jié)果如圖6。由圖可見，織針升溫最快的針勾部位，在距離爐門0.13m就達到了氧化脫碳的溫度，而織針升溫最慢的部位(織針中間的下部)在距離爐門0.16m處也達到了氧化脫碳溫度。因此，織針必然氧化脫碳。
表1 原淬火工藝參數(shù)

對用原工藝處理的織針進行了硬度測量，代表織針的心部組織的宏觀硬度達到甚至超過了HRC54，可以達到要求的標準。但用200g的顯微硬度計進行測量，表面硬度普遍小于HV485，根本達不到要求(HV579)。證實了計算機模擬得到的結(jié)論表面氧化脫碳。此外，酒精滴量小進一步加劇了織針的表面氧化脫碳。
原工藝存在的另一問題是奧氏體化溫度過高，保溫時間過長。這不會對表面硬度產(chǎn)生太大的影響，但會降低織針的綜合力學性能，特別是織針的疲勞強度、塑性和韌性，嚴重影響織針使用壽命。金相組織分析證實，用表1工藝處理的織針，其心部的確出現(xiàn)了一定程度的碳化物聚集，碳化物的數(shù)量減少。此外，織針壽命也較短，只有1-3個月。這些，進一步驗證了計算機模擬的分析結(jié)論。
對于SK5鋼，合理的奧氏體化溫度應(yīng)該為Tc＝727℃，取奧氏體轉(zhuǎn)變時間為20s，均勻化保溫時間1min。通過計算機模擬確定的3段爐膛保溫溫度為800℃，網(wǎng)帶速度為300mm/min。
靠近網(wǎng)帶爐爐門一段的爐膛，控制溫度降低了10℃，有利于確保不氧化脫碳。作為補償，網(wǎng)帶的速度也相應(yīng)降低一些，取285mm/min。綜合確定織針淬火工藝參數(shù)如表2表2 數(shù)值模擬及工藝分析確定的織針淬火工藝參數(shù)

在這種新的工藝條件下處理的織針，通過金相組織分析可以看到，新工藝下處理的織針，心部已經(jīng)沒有了原工藝出現(xiàn)的碳化物聚集，表面更不存在碳化物形態(tài)的惡化。說明已經(jīng)解決了原工藝的過熱和表面脫碳問題。
用新的工藝參數(shù)，進行織針的光亮化淬火，并進行回火處理，最終的性能參數(shù)列于表3。
表3 最終熱處理后織針的組織及性能

通過計算機模擬確定現(xiàn)有網(wǎng)帶爐條件下織針淬火的工藝參數(shù)，可以了解織針加熱過程溫度變化規(guī)律，根據(jù)織針材料和期望的性能，科學決策網(wǎng)帶爐各工藝參數(shù)。與現(xiàn)有的工藝試湊法相比，無需進行反復試驗，并且，容易保證織針的綜合力學性能。
然而，織針的加熱過程同時受爐膛控制溫度和網(wǎng)帶速度的影響。對于不同品種的織針，其升溫過程也不相同，必須進行反復計算機模擬試算，才能找到合理的淬火工藝。
本發(fā)明還嘗試了對工藝及設(shè)備進行改進，可確?？椺槻谎趸撎迹瑫r達到期望的力學性能。
工藝的改進在原來的三段式網(wǎng)帶爐中進行，如果將第一段爐膛的控制溫度設(shè)定為小于540℃的某一溫度值，可以確?？椺樳M入火簾位置之前低于氧化脫碳溫度。本例取500℃，但網(wǎng)帶速度必須降低到140mm/min，才能夠保證織針淬火后的力學性能。這種方法對于保證性能有利，但同時降低了生產(chǎn)效率。
對設(shè)備的改進可以使工藝控制更簡單可靠，改進的網(wǎng)帶爐的結(jié)構(gòu)見圖7是在原有的設(shè)備基礎(chǔ)上，在靠近爐門口一邊加0.2m單獨加熱控制段。它是在三段爐上改進的，稱四段加熱網(wǎng)帶爐。
圖中1-網(wǎng)帶 2-織針3-新增加的爐膛加熱區(qū)，長度為0.2m，溫度控制在300℃4-火簾 5、6、7-原來設(shè)備上的三段控制加熱區(qū)，溫度根據(jù)織針材料和性能要求確定； 8-淬火油槽9-保護性氣氛說明沒有改動的其它部分，在圖中沒有畫出，例如，裂解爐，網(wǎng)帶運轉(zhuǎn)設(shè)備，油槽詳細結(jié)構(gòu)以及爐膛溫度控制裝置等。
增加的第一段爐膛，控制溫度設(shè)定為遠低于鋼的表面氧化脫碳溫度(540-560℃)的一個溫度值，例如，300℃，。后面三段設(shè)定為期望的淬火奧氏體化溫度，對用SK5鋼制造的主針，控制溫度為800℃；對用SK-5鋼制造的提花針，由于要求更好的韌性，溫度控制為805℃，如果用65Mn制造提花針，控制溫度應(yīng)該在825℃。根據(jù)織針大小確定網(wǎng)帶速度。主針寬度為1.4mm，網(wǎng)帶速度為300mm/min；提花針寬度為6mm，網(wǎng)帶速度為160mm/min。根據(jù)期望的性能，選擇裂解介質(zhì)及滴量。對于主針，裂解介質(zhì)為工業(yè)酒精，滴量105-110滴/min；對于提花針，采用稀釋的酒精，滴量為60-65滴/min。
經(jīng)過設(shè)備和工藝調(diào)整，現(xiàn)在生產(chǎn)的主針，表面硬度基本控制在HV676-713，織針的扳彎角度超過60度。經(jīng)過以上新的淬火工藝所得到的織針，進行相應(yīng)的回火后，再經(jīng)過后期的保溫、去油及拋光等處理后，得到新工藝生產(chǎn)的織針。經(jīng)過有關(guān)部門的檢測和用戶實際使用的情況，其考核結(jié)果為經(jīng)新的熱處理工藝生產(chǎn)的織針，其表面硬度大幅度提高，與心部硬度基本一致，解決了織針表面硬度不足的問題，完全達到了紡織行業(yè)規(guī)定的標準，織針其它性能指標也均達到或超過紡織工業(yè)的標準，使用壽命比以前提高了一倍，達到了4-6個月。
提花針表面硬度控制為HV630-670，織針的扳彎角度超過140度，完全解決了由于沖齒形成的應(yīng)力集中而帶來的脆性。受到用戶單位的歡迎。
權(quán)利要求
1.確定網(wǎng)帶爐織針光亮淬火工藝參數(shù)的方法，所說的工藝參數(shù)包括火簾位置、網(wǎng)帶爐控制溫度、網(wǎng)帶速度、火簾前溫度、裂解爐酒精滴速、淬火介質(zhì)和冷卻溫度，其特征在于該方法的步驟如下①.根據(jù)織針的材料和使用性能要求，確定淬火加熱溫度范圍，取中間值作爐膛控制溫度Tk；②.根據(jù)目標碳勢，確定裂解爐工業(yè)酒精的滴速為105～110滴/分鐘。③.根據(jù)織針材料奧氏體轉(zhuǎn)變時間t1、奧氏體均勻化保溫時間t2和材料奧氏體均勻化所需爐膛長度L2確定網(wǎng)帶速度VV＝L2/(t1+t2)；④.在上述Tk和V的條件下，測量出網(wǎng)帶爐的初步火簾位置L1和爐膛溫度分布T(x)；⑤.將淬火過程密集排列在網(wǎng)帶上的織針視為薄板，與網(wǎng)帶合在一起，作為熱物性不同的整體，建立包含網(wǎng)帶爐加熱特點的熱傳導方程V(T/x)＝λ/ρCp[(2T/x2)+(2T/y2)+(2T/z2)]邊界條件為爐門為第一類邊界條件，取決于環(huán)境溫度；其它為第三類邊界條件，取決于爐膛溫度分布T(x)，網(wǎng)帶爐門中間點為坐標原點，式中T為織針某點的溫度；λ為織針材料的導熱系數(shù)；ρ為織針材料的密度；Cp為織針材料的定壓比熱容；x、y、z為織針某點在固定直角坐標系中的位置；用計算機采用插值法和有限差分方法計算出織針淬火過程的溫度場分布T’(x)；⑥.將計算結(jié)果T’(x)與期望的織針加熱過程進行比較，保證在火簾位置之前溫度低于織針氧化脫碳溫度，在爐膛內(nèi)織針達到期望的奧氏體化溫度Tc，而且有合理的保溫時間，此工藝參數(shù)即為合理的工藝參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定網(wǎng)帶爐織針光亮淬火工藝參數(shù)的方法，其特征在于所述網(wǎng)帶爐初步火簾位置由直尺測量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定網(wǎng)帶爐織針光亮淬火工藝參數(shù)的方法，其特征在于所述爐膛溫度分布采用XWX-1042型自動平衡記錄儀測量，并用鎧裝鎳鉻—鎳硅熱電偶進行探測。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定網(wǎng)帶爐織針光亮淬火工藝參數(shù)的方法，其特征在于所述織針的材料為SK-5鋼，查閱手冊可知其淬火溫度范圍是780～820℃，Tk＝Tc+(50～90℃)，Tc＝727℃，氧化脫碳溫度為540～560℃，相應(yīng)的淬火工藝參數(shù)確定如下①.爐膛控制溫度Tk為800℃；②.火簾位置離爐門口的距離L1＝0.2m；③.火簾前溫度必須低于540℃；④.裂解爐工業(yè)酒精的滴速為105～110滴/分鐘；⑤.網(wǎng)帶速度V＝300mm/min，t1＝20秒，t2＝60秒；⑥.網(wǎng)帶爐膛長度L＝L1+L2＝0.2m+0.8m+V(t1+t2)＝1.4m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的確定網(wǎng)帶爐織針光亮淬火工藝參數(shù)的方法，其特征在于所述網(wǎng)帶爐為三段式網(wǎng)帶爐，靠近爐門進口段的控制溫度取790℃，中段和出口段的控制溫度取800℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的確定網(wǎng)帶爐織針光亮淬火工藝參數(shù)的方法，其特征在于靠近爐門進口段的控制溫度取低于540℃的溫度，中段和出口段的控制溫度取800℃，相應(yīng)的網(wǎng)帶速度低于300mm/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定網(wǎng)帶爐織針光亮淬火工藝參數(shù)的方法，其特征在于該網(wǎng)帶爐由四段加熱控制段組成，第一段為靠近爐門口一邊的0.2m加熱控制段，其控制溫度低于540℃，后三段的控制溫度設(shè)定為織針期望的淬火奧氏體化溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的確定網(wǎng)帶爐織針光亮淬火工藝參數(shù)的方法，其特征在于所述的網(wǎng)帶爐的主要工藝參數(shù)為用SK5制造的寬度為1.4mm主針，控制溫度為800℃，網(wǎng)帶速度300mm/min，酒精滴速為105～110滴/min；用SK5制造的提花針寬度為6mm，控制溫度為805℃，網(wǎng)帶速度160mm/min，酒精稀釋溶液的滴速為60～65滴/min用65Mn制造的寬度為6mm的提花針，控制溫度為825℃，網(wǎng)帶速度為160mm/min，酒精稀釋的溶液滴速為60～65滴/min。
全文摘要
確定網(wǎng)帶爐織針光亮淬火工藝參數(shù)的方法，主要是將淬火過程密集排列在網(wǎng)帶上的織針視為薄板，與網(wǎng)帶合在一起作為熱物性不同的整體，建立包含網(wǎng)帶爐加熱特點的熱傳導方程，用計算機采用插值法和有限差分法進行模擬計算，求出織針淬火過程的溫度場分布，得出保證在火簾位置之前溫度小于織針氧化脫碳溫度，在爐膛內(nèi)織針達到期望的奧氏體化溫度Tc，而且有合理的保溫時間，此工藝參數(shù)即為合理的工藝參數(shù)。通過本方法不僅可以了解織針在網(wǎng)帶爐淬火過程中溫度變化規(guī)律，而且根據(jù)本方法確定的網(wǎng)帶爐工藝參數(shù)對織針進行淬火，可以保證織針熱處理后獲得期望的力學性能，據(jù)此對網(wǎng)帶爐的改進，可使織針淬火更為簡便可靠。
文檔編號C21D9/26GK1570158SQ20041001797
公開日2005年1月26日 申請日期2004年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月27日
發(fā)明者朱世根, 丁浩, 陳海燕, 季誠昌 申請人:東華大學