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金属针布磨损机理探讨 许鑑良（东华大学） 1 前言 随着梳棉机高速高产化，针布的使用寿命成为纺纱的突出问题。国内从上世纪60年代起，纺织部器材处就组织科研院校和生产制造厂进行合作攻关。多年来国内梳理器材制造商在钢材材质和加工制造工艺等方面也作了大量有益的探索，取得了不少成果，使国产金属针布的寿命有了很大提高，但与国外先进产品相比，差距还较大。究其原因，是对金属针布失效的原因——磨损的机理尚未完全清楚，采取的措施针对性尚不够，收效不大，因此要研究高耐磨金属针布，首先必需搞清楚金属针布的磨损机理，然后才能对症下药，以便取得长足的进步。 磨损是生产和生活中常见的现象，但磨损机理及影响因素极其复杂，不同工况千差万别。据前人大量研究［1］，归结起来，磨损机理有：磨粒磨损、粘着磨损、腐蚀磨损、冲蚀磨损和微动磨损等。磨损机理不同，采用的钢材元素成份、加工工艺和表面处理等均应有别。盲目采取措施，则难以收到显著成效。 金属针布的磨损机理，国内学者已作了不少研究。费青认为［2、3］在给棉板～刺辊和锡林盖板间，梳理力很小，并根据电镜对磨损针布的观察，磨损面和磨损沟槽内都极为光滑，即使放大9600倍，也未见有微小的磨损犁沟纹，因此认为是低应力磨料磨损，纤维是磨损针布的主要磨料。加工化纤时，可能有不同程度的腐蚀磨损，但认为即使存在腐蚀磨损，它与主体磨料磨损相比也是轻微的。认为针布平侧磨也属于低应力磨料磨损中固定或半固定磨料磨损。 冯喜奎等则认为［4］金属表面存在一层氧化膜，纺织厂梳理车间有足够的湿度和温度适宜氧化膜的生成，纤维与氧化膜产生相对滑动时，氧化膜因受超过其强度的作用力而破损脱落，脱落后的基体上又会生成新的氧化膜，这种氧化膜不断破损脱落，又反复生成的过程，就形成了针布齿部的氧化磨损。 以上探讨很有启发，但仅是根据一般的磨损机理所作的推论，均没有提出有力的实验论证。 本文用涡流纺和静电纺分梳辊做试验，并取梳棉机旧针布作试样，进行电镜观察和磨损量测定，根据微观形貌特征，推断磨损机理；根据耐磨度、材质、金相组织和粗糙度等分析影响针布磨损的因素。提出金属针布的磨损，在常规纺纱中，是以软磨料反复冲刷疲劳和氧化腐蚀相结合为主的磨损，但也存在硬磨料犁耕的磨损；在静电纺纱中，分梳辊针布的磨损为电化学腐蚀；在化纤纺中，则以化学腐蚀为主。以此为选材、探索加工工艺和研究表面处理提供依据。 2 试验方法 在常规梳棉机上进行试验，难以取样观察针齿磨损全过程和测定针布磨损量，且试验周期长，针布用量大，包卷针布费工时。因此，我们选择涡流纺纱机小刺辊（直径80 mm，转速7000 r/min）和静电纺小刺辊（直径80 mm，转速5000 r/min）进行试验。一般新包卷的涡流纺小刺辊加工中长腈纶纤维时，二个星期后针齿就严重磨损，不得不调换。静电纺加工棉和麻纤维，小刺辊转速略低，使用寿命略长些。因此，在涡流纺和静电纺纱机上做试验，周期短，小刺辊只数多，便于多次取样。涡流纺每台96头，静电纺每台100头，有利于增加取样次数。每只刺辊锯条重量仅23~25 g，可用万分之一精密分析天平进行称重，可大大提高磨损量的测量精度。刺辊工作状态又与梳棉机刺辊相似。由此筛选出的针布专用钢种和得出的针布磨损规律，完全适用于一般梳棉机针布和新型纺纱的刺辊锯条。 涡流纺在WF-2型涡流纺机上进行，全机96头，加工65MM×3旦、5旦、6旦腈纶纤维，纺3.2支纱，单头每小时产量1.5 kg。静电纺机，全机100头，棉麻混纺，纺21支、11支纱，静电场3万伏。 将新钢种60WV、80WV、80WVRe和老钢种60钢分别制成CWA3型刺辊锯条，每个钢种包24只分梳辊。包卷上车前，每个钢种截取24段2.1 m锯条，先在火油里用毛刷清洗，然后在四氯化碳内去除油污，再在无水乙醇内吸去水份，置于80℃烘箱内烘1小时，在恒温恒湿环境内用万分之一分析天平称每一段锯条重量，编号。刺辊包好后，剩下锯条另头重复上述清洗、烘燥、称重。纺纱过程中，每天按钢种分别测定成纱品质指标、条干、断头等。每连续运转一星期后，按不同钢种各取一只刺辊，剥下锯条，按上述方法清洗、烘干后，在恒温恒湿环境内称重。将新针齿和剥下称重后的针布取齿部样，在60万倍扫描电镜上观察针齿表面状态和针齿磨损情况。 试验直至刺辊严重绕纤维、断头大大增加、条干明显恶化、品质指标显著下降为止，前后共两个月。 必须指出，用万分之一分析天平称重，测量精度高，在整个试验过程中，每一步操作都必须十分细心，防止锯齿意外磨损或碰伤，一旦发现某编号锯条有意外重量变化，则将此编号除去，并重新取样。 关于磨损量测定结果及其分析，请见文献［5］，本文只对磨损前后的微观形貌作分析讨论。 3 新针齿微观形貌特征 3.1 新针齿形貌 新针齿的微观形貌如图1~4所示。可以看出：新针齿齿尖顶部为小方头，棱边棱角清晰；冲切口内两侧棱边棱角分明，但在断口侧，有的齿的下棱边存在较厚的卷边，如图4。冲口厚度的上半部为切口，较光滑，但有冲模刀口横纹。冲口厚度的下半部为断口，极粗糙，大小微凸体很多。断口棱边较切口棱边粗糙度大得多。齿的各个面上，均存在或多或少的疏松氧化皮，氧化皮脱落处，为基体的粗糙面。60钢氧化皮脱落较多，残留较少；60WV、80WV脱落较少，残留较多；80WVRe界于其间。 图1 60钢新齿形 图2 60WV钢新齿形 图3 80WVRe钢新齿形 图4 80WV钢新齿形 3.2 新针齿表面微观形貌 新针齿表面微观形貌如图5~10所示。图5是60WV齿表面放大300倍的氧化皮表面及氧化皮脱落后的针齿基体的粗糙表面。图6是60钢的氧化皮及基体表面放大1500倍的微观形貌。图7~10分别是60WV、80WVRe、60钢和80WV钢新齿表面放大1500倍的微观形貌，表面均存在大大小小的许多微凸体。其中60WV基体的微凸体细小，且分布较均匀，80WV其次，60钢和80WVRe基体表面微凸体粗大，且分布不均匀。这4个钢种，钢材不同，但加工工艺相同，表面形貌差异极大。这种极粗糙的微观表面，对针齿跑合期的耐磨度产生严重影响。 图5 60WV齿表面形貌 图6 60钢新齿表面氧化皮 图7 60WV钢新齿表面形貌 图8 80WVRe钢新齿表面形貌 图9 60钢新齿表面形貌 图10 80WV钢新齿表面形貌 4 磨损后针齿的微观形貌特征 4.1 针齿磨损后形貌 针齿磨损后形貌如图11~16所示。均为涡流纺小刺辊齿条纺纱4周后，放大100倍的磨损齿形。可以看出：各钢种的齿均产生了严重的磨损，但在图11~15中，磨损沟槽根数多少、沟槽的宽窄、深浅各不相同，十分随机；图15中，沟槽少而宽，齿尖头和工作面有严重腐蚀麻点。图16中，没有沟槽，只有腐蚀小麻点。各齿的齿顶小方头前缘棱边棱角均被磨圆，齿顶部实际前角大大增大，已失去抓取和握持纤维的能力。图14的齿顶还产生了较深的沟槽。各齿的前面和两侧面氧化皮均已被磨掉，针齿基体粗糙度大大改善，光洁度显著提高。
图11 60钢第4周磨损形貌
图12 80WV第4周磨损形貌
图13 60WV第4周磨损形貌
图14 80WVRe第4周磨损形貌
图15 60WV第4周磨损形貌
图16 80WV第4周磨损形貌 4.2 磨损沟槽内微观形貌 针齿磨损沟槽内微观形貌如图17~21所示。其中图17~19为涡流纺分梳辊锯齿磨损沟槽内的微观形貌。图17和19放大3000倍，图18放大1500倍。可以清楚看到顺着沟槽方向有许多微形犁耕沟，微形沟两侧有明显的塑性变形隆起，这是磨粒磨损微切削的典型特征。图20和21为静电纺刺辊锯齿磨损沟槽内的微观形貌，大多数沟槽内存在许多腐蚀斑。图21的静电纺锯齿磨损沟槽内，既有腐蚀斑，又有微形犁耕沟槽和波浪状塑性变形堆积物。这种微观的磨损形貌特征，与其工况条件密切相关，将在磨损机理分析内作详细说明。
图17 磨损沟槽内的犁耕沟槽
图18 磨损沟槽内的犁耕沟槽
图19 磨损沟槽内的犁耕沟槽
图20 静电纺锯齿磨损沟槽内腐蚀斑
图21 静电纺锯齿磨损沟槽内的腐蚀斑、波浪形塑变和犁耕沟槽 4.3 涡流纺锯齿磨损沟槽内磨屑非溶物的电镜照 涡流纺锯齿磨损沟槽内磨屑，大多为腈纶磨粉，将腈纶磨粉用溶剂二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺等溶剂溶掉后，其非溶物为刺辊胎磨屑和锯齿磨屑的混合物，如图22所示。其中（a）有球状、块状，(b)中有片状、长条状和（c）带状、圆锥状等。磨屑的形貌特征，是研究磨损机理的重要判据。
图22 涡流纺分梳辊磨屑非溶物形貌 5 金属针布磨损机理 5.1 磨损过程 作者经涡流纺分梳辊工作不同时间磨损量的测定［5］，分梳辊磨损全过程分三个阶段：跑合磨损期、稳定磨损期和失效（快速）磨损期。 跑合期磨损，取决于金属针布的氧化皮多少和氧化皮脱落后针布基体表面粗糙度大小。氧化皮越多，粗糙度越大，磨损量越大，磨损速度越快。工作面光洁度越高，粗糙度越小，越不易形成沟槽。这个阶段中，针齿表面疏松的氧化皮在高速纤维流冲刷下大量脱落，针齿基体微凸体中的高峰点与纤维上微凸体高峰点相互切向碰撞、高周波冲击疲劳而脱落，形成磨屑为球状、块状、长条状或圆锥状。针齿表面粗糙度改善，光洁度提高，纤维和针齿表面的实际接触点逐渐增多，磨损量由大逐渐减少，逐渐进入稳定磨损期。 在稳定磨损期中，纤维与针齿实际微凸体接触点大大增多，每个接触点上切向和法向的平均作用力相应减弱，磨损量小而稳定。针尖小方头的棱边棱角开始被冲刷磨损，纤维易于在工作面两侧棱边、断口粗糙面中的微凸体波谷内聚集抽拉，冲刷，逐渐开始集中磨损。这个阶段中，磨损的快慢，磨损速度，完全取决于针齿的材质、金相组织、钢材中的夹杂物、是否有齿尖脱碳等因素。 失效（快速）磨损阶段，齿顶小方头前棱边棱角被磨灭，齿尖前缘的实际前角远超90°，大于纤维与针齿的自动制动摩擦角。（纺280小时的齿测得齿尖前缘实际前角为84°~131°，平均为96.4°，均方差13.02）。针齿尖已失去抓取和握持纤维的能力，失去分梳作用。针齿工作面（前面）两侧棱边、前面和两侧面产生沟槽，沟槽逐渐加深加宽，产生严重集束作用，纺246小时时测得，三角形沟槽截面积为800μm2~2400μm2；梯形沟槽的截面积为1200μm2~3300μm2。纤维截面积一般在314μm2。因此，三角形沟槽内可集束2.6~7.6根纤维；梯形沟槽内可集束3.8~10.5根纤维。不但失去分梳作用，还产生严重绕花。致使断头显著增加，成纱品质指标下降，条干显著恶化，无法进行正常生产［6］。 5.2 磨损机理 （1）纤维流对针齿上微凸体的冲击疲劳。不论握持分梳还是锡林盖板间的自由分梳，分梳辊与握持纤维的速差极大。分梳辊直径80 mm，转速7000 r/min，锯齿的线速度高达175.93 m/min，锯齿与纤维的速差在175 m/min左右；锡林盖板间自由分梳时，锡林转速360~500 r/min间，锡林针齿的线速度在1458.85 m/min~2026.33 m/min，减去盖板速，针齿的线速度仍高达1458m/min~2026 m/min。如此高速作用在纤维上，即使纤维质量很小，受到冲击时有所避让，纤维上微凸体对针齿上微凸体的冲击作用仍然十分巨大。对800 齿/（25.4mm）2齿密的锡林针齿，每根纤维受2.5齿作用时，则每个齿平均受到3.375×106~5.625×107次作用。这属干高周波冲击。这样高周波频率的冲击、挤压作用于针齿的微凸体上，虽纤维硬度远小于针齿硬度，也足以使其产生弹性变形，当变形足够大时，将会在针齿表面或次表面产生裂纹，裂纹不断扩展而脱落，形成片状磨屑。如图23所示。
图23 挤压变形成薄片剥落［7］ 变形磨损量［7］WD=M（VSinα-K）2/2ε 式中M—冲击磨粒质量；V—磨料与针齿的相对速度；α—冲角；ε—变形磨损系数；K——常数。 式中可见：变形磨损量与磨粒质量成正比，与速度和冲角成二次方函数关系；与变形磨损系数成反比。 当表面接触应力较小，而摩擦力较大，或针齿表面质量较差，表层内存在脱碳、烧伤，内部存在错位、空穴或夹杂物等缺陷时，在这些缺陷的界面处，抗剪切强度低而产生裂纹，在反复挤压和切向摩擦力作用下，裂纹沿缺陷界面不断扩展，直至脱落，形成磨屑。如图24所示。这种磨损，最容易将硬磨粒犁耕沟槽两侧的变形唇和前变形唇（如图25）磨掉。多次塑变后形成的磨屑呈块状、长条状或片状。如图22所示。
图24 反复挤压摩擦产生裂纹而脱落
图25 微切削时的变形唇 （2）纤维内硬磨粒犁耕。棉纤维内含有许多泥砂、灰尘等硬杂物。泥砂与灰尘的成份，绝大多数为二氧化硅、三氧化二铝等材料，相当于砂轮中的磨料。二氧化硅和三氧化二铝的莫氏硬度分别为7和8.8；化纤中消光剂二氧化钛（俗称钛白粉）的莫氏硬度为6~7 。一般金属的莫氏硬度均＜5。所以泥砂、灰尘和化纤中的消光剂的硬度远高于针齿的硬度。这类硬磨粒，夹杂在纤维中，粘附于纤维表面，与针齿表面摩擦时，介于纤维和针齿表面间，成为三体磨损。这些硬磨粒受冲击、挤压时，压入针齿基体表面，在切向摩擦力推动下，针齿的部份材料被挤压堆积在磨粒前缘，形成前变形唇；部份材料被挤压到磨粒两侧，形成两侧变形唇。如图25所示。两侧变形唇在纤维切向冲刷下脱落后，即形成两侧隆起的边脊，如图17~19所示。硬磨粒的犁耕作用诱发磨损沟槽的形成，并加剧磨损沟槽深度和宽度的扩展，大大缩短了针布的使用寿命。 针布平磨和侧磨，砂轮中硬磨粒对针齿的磨损和罩板轧伤针齿，都为硬磨料磨损。如图26所示。
图 26纺62/38/65mm中长涤粘， 20㎏/台时已生产2年3个月，平磨三次的梳机锡林针布 （3）腐蚀磨损 腐蚀磨损分化学腐蚀和电化学腐蚀两种。 ①化学腐蚀［8］。 经加工的针齿表面组成较复杂，微观是凹凸不平的微凸体，而且与环境介质发生相互作用。大致分为5个部分，污染层：油污、灰尘；吸附层：液体、气体；氧化层：大气中氧；贝氏层：加工中表层熔化和表面分子层流动产生的微晶层；变形层：机加工过程中形成的变质层。如图27所示。加工后的金属表面活性大，容易氧化生成氧化膜，在570℃以下，氧化层中由表层到里层为Fe2O3， Fe3O4。如图28所示。Fe2O3较脆弱，易于在纤维的摩擦力作用下产生裂纹而脱落，加剧磨损。
图27 针齿的表面组成
图28 氧化膜 化学纤维中的油剂，一般含添加剂有：①平滑剂40～60%，②乳化剂25～40%，③抗静电剂5～25%。主组分占油剂90%以上，付组分占油剂10%以下。还有其他添加剂：PH调节剂，防腐剂，抗氧剂，柔软剂，润湿剂，粘度改善剂，杀菌剂，匀染剂，消泡剂，集束剂等。PH值6±0.5，以控制在5.5～6.5为最佳。故化纤油剂一般均为酸性。油剂中既有水分，又有一定的酸度，更易促使金属中某些元素成分与氧化合，产生氧化反应，形成斑点状腐蚀坑，加速磨损进程。图15中的腐蚀斑，就是明证。 当氧化速度大于摩擦剥落时，则表现为氧化腐蚀；当摩擦剥落速度大于氧化速度时，则表现为磨粒磨损。 ②电化学腐蚀［9、10］ 在静电纺纱的特殊工况条件下，针齿磨损主要为电化学腐蚀。静电纺纱时，静电场电压高达3万伏，在电极周围产生电晕和臭氧；棉条必须给湿至回潮率达12%；相对湿度必须达到70%才能正常纺纱。在这种工况下，臭氧极易使金属氧化，形成氧化膜；棉条的高回潮率和空气的高相对湿度，在金属的波谷内极易形成水膜电解质，在这层水膜里含有氢离子和氢氧根离子，还溶解了氧等气体，金属表面形成的这层电解质溶液，它和钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里，铁是负极，碳是正极。铁失去电子而被氧化。在金属与电解质间形成的微电池，也使金属中比较活泼的元素失去电子而被氧化。如铁和氧，因为铁的电极电位总比氧的电极电位低，所以铁是阳极，遭到腐蚀。其特征是在发生氧腐蚀表面形成许多直径不等的小鼓包，次层是黑色粉末状溃疡腐蚀凹坑（腐蚀斑）。钢铁腐蚀的方程［8~10］如下： 水膜酸性较强时，析氢腐蚀（正极）：2H++2e=H2↑ 水膜酸性很弱或呈中性时，吸氧腐蚀（正极）：2H2O+O2+4e=4OH- 负极：Fe-2e=Fe2+ 正极：2H2O+O2+4e=4OH- 铁锈的生成： Fe2++2OH-=Fe（OH）2↓ 4Fe（OH）2+2H2O+O2=4Fe（OH）3 2Fe（OH）3=Fe2O3·xH2O+（3-x）H2O 生成的Fe2O3·xH2O就是铁锈。 铁锈分子式为：FeOOH、Fe2O3H2O、xFeOyFe2O32H2O。 钢铁在大气中的腐蚀，一般为吸氧腐蚀。 氧化膜或腐蚀斑在大量纤维的挤压和切向冲刷作用下产生裂纹而被剥落。如图20所示。静电纺锯齿也存在硬磨粒磨损和塑变剥落，如图21所示。但主要为电化学腐蚀。 综上所述，金属针布的磨损极其复杂，是以软磨料冲刷疲劳剥落为主，以硬磨料磨损为辅，化纤纺中存在化学磨损，静电纺中以电化学腐蚀磨损为主，也存在硬磨料磨损和塑变剥落。 6 影响磨损的因素 影响金属针布磨损的因素很多，但主要有：针齿表面状态、钢材元素成分、金相组织和硬度、梳棉机的产量、速度、隔距、加工纤维类别、磨针工艺和温湿度等。 6.1 针齿表面状态对磨损的影响 针齿表面状态指的是表面氧化皮和粗糙度。国内现有的针布制造，均在空气中加热淬火，使冷轧的光洁表面形成或多或少的氧化皮，氧化皮脱落后即为基体的粗糙面。针布在空气中加热时间越长，氧化皮越厚越多。氧化皮与针布基体结合力较脆弱，在纤维和硬杂物冲刷下易于脱落。所以氧化皮越多，磨损越快。氧化皮脱落后的基体表面，是一个粗糙面。粗糙度越大，波峰波谷高度差越大，纤维与针齿初始接触时首先是微凸体的高点相互碰撞、剪切，或受反复冲击疲劳而脱落。针齿粗糙度越大，磨损越快。特别是工作面（针齿的前面）和两侧面与工作面相交的棱边上的粗糙度，其波谷成为纤维嵌入的沟槽源，引起纤维集中磨损。所以氧化皮和粗糙度均将严重影响针布跑合磨损阶段的磨损量、磨损速度和跑合期的长短。减小工作面切口、断口和两侧面的粗糙度，提高光洁度，可减少纤维嵌入的沟槽源，防止集中磨损，促使均匀磨损，就可延长抱合期磨损，从而提高寿命。经我们用基恩斯测定，Graf锡林针布工作面的粗糙度，比国产的小3倍多，如表1和图29所示。据金属偶件的磨损研究［11］，光洁度从▽8提高到▽9，寿命可提高2~3倍；光洁度从▽10提高到▽11，寿命提高0.4倍。可见，光洁度较低时，提高表面光洁度，将对耐磨度产生显著影响。Graf针布冲切口粗糙度很小，是其使用寿命长的一个重要原因，它减少和延迟了沟槽的形成，一开始就产生均匀磨损，从而显著提高了针布的使用寿命。 作者在不同钢种和表面处理的研究中［12］发现，经表面处理的针齿表面没有氧化皮，电解抛光的针齿耐磨度优于喷砂抛光，其原因就是电解抛光的粗糙度优于喷砂抛光，喷砂抛光的齿条表面有砂粒冲击的凹坑，坑边缘有变形唇，且有加工硬化，不耐冲击疲劳。
（a）国产锡林针布冲口粗糙度（其中绿色为测点）
（b）Graf锡林针布冲口粗糙度（其中绿色为测点） 图29 国产和Graf锡林针布冲口粗糙度对比 6.2 钢材元素成分对磨损的影响 经笔者对不同钢种磨损量测定［5］：60钢、60WV、80WV和80WVRe四个钢种中，新钢种60WV、80WV和80WVRe的磨损率和相对耐磨度均显著优于60钢，三个新钢种间则无显著差异，但磨损率、磨损速度和相对耐磨度的绝对值则以80WVRe最优。80WVRe的相对耐磨度是60钢的1.64倍。在不同钢种和表面处理的研究中［12］，60钢、T9A、60WV和80WV四个钢种中，80WV最耐磨，其相对耐磨度是60钢的2.24~2.28倍；60WV钢第二，其相对耐磨度是60钢的1.63~1.74倍；T9A与60钢相近。 碳钢中加入合金元素W和V，可以在隐针状马氏体中形成硬度极高的WC和VC，它们的维氏硬度分别为HV2400和HV2800，可显著提高对抗硬磨料的犁耕，从而显著提高针齿稳定磨损期的耐磨度。加入稀土Re，可细化晶粒，提高针齿韧性和抗冲击疲劳能力，对提高针齿耐磨度有显著的促进作用。增加钢中含碳量（＞0.80%），针齿硬度虽有显著提高（如T9A），但冷热加工性能显著恶化（压延困难、热处理温度范围窄），脆性增大，韧性降低，抗纤维冲击疲劳性能下降，耐磨度提高不理想。 6.3 金相组织和硬度 金相组织是影响针布稳定期耐磨度的主要因素。经作者多次不同钢种磨损对比试验［5、12］，金相组织以隐针状马氏体+低温回火马氏体+弥散碳化物，马氏体评级在1级以内的最耐磨。金相组织的晶粒越细，分布越均匀，硬度虽不最高，但强韧性好，耐磨度越好。相反，若马氏体和碳化物晶粒粗大，大小晶粒不一，分布又不均匀，马氏体评级在2级及2级以下，即使硬度很高，却并不耐磨（如T9A）。针齿表面有脱碳和夹杂多，针齿就极易磨损。所以，细化金相组织，减少夹杂，防止淬火时脱碳，是提高针齿耐磨度的关键；针齿的硬度并不是耐磨度的决定性的因素。 Graf和国产锡林针布齿尖金相对比如图30所示。图30a（细针状+隐针状）回火马氏体+点状碳化物，马氏体与碳化物分布较均匀，图30b细针状回火马氏体+粒状碳化物，马氏体与碳化物分布欠均匀。因此Graf锡林针布耐磨度显著优于国产锡林针布。
（a）Graf锡林针布齿尖金相组织
（b）Graf锡林针布齿尖金相组织 图30 Graf和国产锡林针布齿尖金相对比 6.4 梳理工艺对针布磨损的影响 梳理工艺包括梳棉机产量、速度、隔距、加工纤维类别、磨针工艺和温湿度等。 （1）梳棉机产量和速度：一般梳棉机产量越高，梳棉机速度也越高，针齿上通过的纤维量随产量和速度的提高而增加，纤维冲刷针齿的频次大大增加，故磨损加剧。 （2）隔距：梳理隔距越小，纤维对针齿的挤压力和梳理力大增，纤维对针齿摩擦加剧，纤维易损伤，针齿易磨损。隔距过紧，还容易接针，烧毁齿尖。为防损伤纤维和齿尖加速磨损，一般新针布上机时，应放大隔距2英丝左右。 （3）加工纤维类别：化纤与棉纤维相比，棉型化纤纤维长，摩擦系数大，又有油剂的化学作用，所以一般纺化纤的针布比纺棉磨损快。中长纤维，长度更比棉型化纤长，梳理力更大，所以纺中长化纤的针布磨损更快，寿命更短。化纤中有消光剂氧化钛，则产生硬磨料犁耕，针齿的寿命更短。化纤中油剂的酸、碱度大，针齿易腐蚀磨损，磨损速度快，寿命短。 （4）磨针工艺：砂轮上磨料的硬度，一般远高于针齿的硬度，故属于硬磨料磨损，磨损速度非常快。平磨和侧磨，均在齿顶面和两侧面形成磨损沟痕，甚至在沟痕两侧和前缘产生变形唇。平磨在一定程度上虽可恢复齿顶面前缘的棱边、棱角和前角，恢复齿尖抓取和握持纤维的能力，改善磨损针齿的梳理能力，但随平磨次数增多，齿顶面积不断增大，穿刺纤维层的能力随之下降，又影响分梳。侧磨可减小齿顶宽度，恢复针齿穿刺纤维层的能力，减小前面（工作面）两棱边和两侧面的磨损沟槽，减少集束作用，在一定程度上恢复梳理作用。但侧磨磨片在跨越齿顶时，括擦齿顶面，恶化平整度；侧磨的犁耕沟槽，同时也是纤维易于集束的新沟槽源。所以，平磨和侧磨达到一定次数后，针布必然报废。 （5）温湿度：梳理车间高温高湿，针齿表面易产生吸附膜，导致腐蚀磨损，缩短针布寿命。放长假后针布锋利度迅速衰退，也是因氧化腐蚀加剧所致。 7 结论 金属针布的磨损机理较复杂，因梳理工况不同，存在不同的主要磨损机理。 （1）一般工况下，金属针布磨损，以软磨料冲击疲劳磨损为主，硬磨料磨损为辅的磨损。 （2）化纤中油剂，促进化学腐蚀磨损；化纤中消光剂，加剧磨粒磨损。 （3）静电纺中，高压电场的臭氧，棉条给湿，相对湿度高，在金属微凸体波谷内形成微电池，为典型的电腐蚀磨损，但也存在硬磨料磨损和塑变疲劳磨损。 影响金属针布磨损的主要因素有： （1）针齿表面氧化皮和粗糙度影响针布跑合期磨损，减小冲切口粗糙度，有助于均匀磨损，显著延长针布寿命。 （2）金相组织、脱碳和夹杂是决定稳定磨损期的关键因素，硬度不是提高耐磨度的决定因素。细化晶粒，均匀分布，防止脱碳，减少夹杂，可显著提高针齿的耐磨度。 （3）高速高产，紧隔距，强分梳，大大缩短针布的寿命；化学纤维的油剂、消光剂，加剧针布的腐蚀磨损和硬磨料磨损。 （4）高温高湿，促使氧化腐蚀，加速金属针布的磨损。 参考文献： ［1］第三章磨损及磨损机理概述.百度文库 3－18. ［2］费青.针布磨损、材质、热处理和耐磨度的研究［N］.辽东学院学报,2009(12),Vol.16,No4:337－352、364． ［3］费青.金属针布的磨损及其机理探讨［Ｊ］．纺织器材，1983（03）:9－16． ［4］冯喜奎,徐倾跃.高耐磨金属针布及可行性工艺研究［Ｊ］.纺织器材,2005(01): 11－14． ［5］许鑑良,等.新型钢种的金属针布磨损研究［N］.纺织学报,1984, Vol5,No2:69（5）－75（11）． ［6］许鑑良等针布磨损对梳理工艺的影响［N］.纺织学报,1984年Vol5,No3,133（5）－136（8）． ［7］第八章冲蚀磨损.百度文库1－72． ［8］电化学腐蚀.百度百科． ［9］第一章金属电化学腐蚀基本原理.百度文库,114． ［10］第三讲电化学腐蚀原理.百度文库,8－9． ［11］西安交大耐磨课题等,磨料磨损与耐磨合金［Ｍ］．电力工业出版社,1980． ［12］许鑑良.不同钢种和表面处理的金属针布耐磨度探讨［Ｊ］．纺织器材,1999,04.
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