鋼加熱時(shí)的脫碳

蕭蕭天竹 · 發(fā)表于 2008-8-3 18:42:01

脫碳

脫碳是鋼加熱時(shí)表面碳含量降低的現(xiàn)象,。脫碳的過程就是鋼中碳在高溫下與氫或氧發(fā)生作用生成甲烷或一氧化碳,。其化學(xué)方程式如下,；
                  2Fe3C+O26Fe+2CO
                  Fe3C+2H23Fe+CH4
                  Fe3C+H2O3Fe+CO+H2
                  Fe3C+CO23Fe+2CO
這些反應(yīng)是可逆的,，即氫,、氧和二氧化碳使鋼脫碳,，而甲烷和一氧化碳則使鋼增碳。
脫碳是擴(kuò)散作用的結(jié)果,，脫碳時(shí)一方面是氧向鋼內(nèi)擴(kuò)散,；另一方面鋼中的碳向外擴(kuò)散。從最后的結(jié)果看,，脫碳層只在脫碳速度超過氧化速度時(shí)才能形成,。當(dāng)氧化速度很大時(shí)，可以不發(fā)生明顯的脫碳現(xiàn)象,，即脫碳層產(chǎn)生后鐵即被氧化而成氧化鐵皮,。因此，在氧化作用相對(duì)較弱的氣氛中,，可以形成較深的脫碳層,。
變壓器硅鋼片要求合碳量盡量低，除在冶煉上應(yīng)加以控制外,，在鍛軋加熱時(shí)還應(yīng)利用脫碳現(xiàn)象,，使碳含量進(jìn)一步下降，從而獲得容易磁化的性能,。但對(duì)大多數(shù)鋼來說,，脫碳會(huì)使其性能變壞，故均視為缺陷。特別是高碳工具鋼,、軸承鋼,、高速鋼及彈簧鋼，脫碳更是一種嚴(yán)重的缺陷,。
脫碳層的組織特征：脫碳層由于碳被氧化,，反映在化學(xué)成分上其含碳量較正常組織低；反映在金相組織上其滲碳體（Fe3C）的數(shù)量較正常組織少,；反映在力學(xué)性能上其強(qiáng)度或硬度較正常組織低,。
鋼的脫碳層包括全脫碳層和部分脫碳層（過渡層）兩部分。部分脫碳層是指在全脫碳層之后到鋼含碳量正常的組織處,。在脫碳不嚴(yán)重的情況下,，有時(shí)僅看到部分脫碳層而沒有全脫碳層。
關(guān)于脫碳層深度可根據(jù)脫碳成分,、組織及性能的變化,，采用多種方法測(cè)定。例如逐層取樣化學(xué)分析鋼的含碳量,，觀察鋼的表面到心部的金相組織變化,，測(cè)定鋼的表層到心部的顯微硬度變化等等。實(shí)際生產(chǎn)中以金相法測(cè)定鋼的脫碳層最為普遍,。
（二）脫碳對(duì)鋼性能的影響
1.對(duì)鍛造和熱處理等工藝性能的影響
1）2Cr13不銹鋼加熱溫度過高,，保溫時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，能促使高溫δ鐵素體在表面過早的形成,，使鍛件表面的塑性大大降低,，模鍛時(shí)容易開裂。
2）奧氏體錳鋼脫碳后,，表層將得不到均勻的奧氏體組織。這不僅使冷變形時(shí)的強(qiáng)化達(dá)不到要求,，而且影響耐磨性,，還可能由于變形不均勻產(chǎn)生裂紋。
3）鋼的表面脫碳以后,，由于表層與心部的組織不同和線膨脹系數(shù)不同,，因此淬火時(shí)所發(fā)生的不同組織轉(zhuǎn)變及體積變化將引起很大的內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)表層經(jīng)脫碳后強(qiáng)度下降,，甚至在淬火過程中有時(shí)使零件表面產(chǎn)生裂紋,。
2.對(duì)零件性能的影響
對(duì)于需要淬火的鋼，脫碳使其表層的含碳量降低,，淬火后不能發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變,，或轉(zhuǎn)變不完全，結(jié)果得不到所要求的硬度,。
軸承鋼表面脫碳后會(huì)造成淬火軟點(diǎn),，使用時(shí)易發(fā)生接觸疲勞損壞,；高速工具鋼表面脫碳會(huì)使紅硬性下降。
由于脫碳使鋼的疲勞強(qiáng)度降低,，導(dǎo)致零件在使用中過早地發(fā)生疲勞損壞,。
零件上不加工的部分（黑皮部分）脫碳層全部保留在零件上，這將使性能下降,。而零件的加工面上脫碳層的深度如在機(jī)械加工余量范圍內(nèi),，可以在加工時(shí)切削掉；但如超過加工余量范圍,，脫碳層將部分保留下來,，使性能下降。有時(shí)因?yàn)殄懺旃に嚥划?dāng),，脫碳層局部堆積,，機(jī)械加工時(shí)將不能完全去掉而保留在零件上，引起性能不均,，嚴(yán)重時(shí)造成零件報(bào)廢,。
（三）影響鋼脫碳的因素
影響鋼脫碳的因素有鋼料的化學(xué)成分，加熱溫度,，保溫時(shí)間和煤氣成分等,。
1.鋼料的化學(xué)成分對(duì)脫碳的影響
鋼料的化學(xué)成分對(duì)脫碳有很大影響。鋼中含碳量愈高脫碳傾向愈大W,、Al,、Si、Co等元素都使鋼脫碳傾向增加,；而 Cr,、Mn等元素能阻止鋼脫碳。
2.加熱溫度的影響
隨著加熱溫度的提高,，脫碳層的深度不斷增加,。一般低于1000℃時(shí)，鋼表面的氧化皮阻礙碳的擴(kuò)散,，脫碳比氧化慢,，但隨著溫度升高，一方面氧化皮形成速度增加,；另一方面氧化皮下碳的擴(kuò)散速度也加快,，此時(shí)氧化皮失去保護(hù)能力，達(dá)到某一溫度后脫碳反而比氧化快,。
3.保溫時(shí)間和加熱次數(shù)的影響
加熱時(shí)間越長(zhǎng),，加熱火次愈多，脫碳層愈深，但脫碳層并不與時(shí)間成正比增加,。例如高速鋼的脫碳層在1000℃加熱0.5h,，深度達(dá)0.4mm；加熱4h達(dá)1.0mm,；加熱12h后達(dá)1.2mm,。
4.爐內(nèi)氣氛對(duì)脫碳的影響
在加熱過程中，由于燃料成分,，燃燒條件及溫度不同,，使燃燒產(chǎn)物中含有不同的氣體，因而構(gòu)成不同的爐內(nèi)氣氛,，有氧化性的也有還原性的,。他們對(duì)鋼的作用是不同的。氧化性氣氛引起鋼的氧化與脫碳,，其中脫碳能力最強(qiáng)的介質(zhì)是H2O（汽）,，其次是CO2與O2，最后是H2,；而有些氣氛則使鋼增碳,，如 CO和 CH4。爐內(nèi)空氣過剩系數(shù)α大小對(duì)脫碳也有重要的影響：當(dāng)α過小時(shí),、燃燒產(chǎn)物中出現(xiàn)H2,，在潮濕的氫氣內(nèi)的脫碳速度隨著含水量的增加而增大。因此,，在煤氣無氧化加熱爐中加熱,，當(dāng)爐氣中含H2O較多時(shí)，也要引起脫碳,；當(dāng)α過大時(shí),，由于形成的氧化皮多，阻礙著碳的擴(kuò)散,，故可減小脫碳層的深度,。在中性介質(zhì)中加熱時(shí)，可使脫碳最少,。
（四）防止脫碳的對(duì)策
防止脫碳的對(duì)策主要有以下幾方面：
1）工件加熱時(shí)，盡可能地降低加熱溫度及在高溫下的停留時(shí)間,；合理地選擇加熱速度以縮短加熱的總時(shí)間,；
2）造成及控制適當(dāng)?shù)募訜釟夥眨钩尸F(xiàn)中性或采用保護(hù)性氣體加熱,，為此可采用特殊發(fā)計(jì)的加熱爐（在脫氧良好的鹽浴爐中加熱,，要比普通箱式爐中加熱的脫碳傾向?yàn)樾。?font class="jammer">( }# O3 _, A& L- g, E) S
3）熱壓力加工過程中，如果因?yàn)橐恍┡既灰蛩厥股a(chǎn)中斷,，應(yīng)降低爐溫以待生產(chǎn)恢復(fù),，如停頓時(shí)間很長(zhǎng)，則應(yīng)將坯料從爐內(nèi)取出或隨爐降溫,；
4）進(jìn)行冷變形時(shí)盡可能地減少中間退火的次數(shù)及降低中間退火的溫度,，或者用軟化回火代替高溫退火。進(jìn)行中間退火或軟化回火時(shí),，加熱應(yīng)在保護(hù)介質(zhì)中進(jìn)行,；
5）高溫加熱時(shí)，鋼的表面利用覆蓋物及涂料保護(hù)以防止氧化和脫碳,；
6）正確的操作及增大工件的加工余量,，以使脫碳層在加工時(shí)能完全去掉。

向前沖 · 發(fā)表于 2008-8-18 09:27:49

對(duì)脫碳的描述很細(xì)致,，不錯(cuò)的文章,，值得一看。為什么就沒有人來支持下呢,。

dongrongde · 發(fā)表于 2008-9-4 16:12:53

謝謝了,，很不錯(cuò)！�,。,。�,！
講的很仔細(xì)

異人 · 發(fā)表于 2008-10-9 20:02:22

謝謝了,，很不錯(cuò)！�,。,。�,！

唐軻 · 發(fā)表于 2008-11-5 12:38:30

支持一下,，收錄！

		自動(dòng)登錄	找回密碼
密碼			注冊(cè)會(huì)員