第11篇氧化脫碳之脫碳.docx

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1、氧化和脫碳猶如一對(duì)孿生兄弟，昨天分享了氧化那么今天繼續(xù)說(shuō)脫碳。請(qǐng)思考有氧化就一定會(huì)有脫碳嗎？那么鋼在加熱的時(shí)候什么情況下表現(xiàn)為氧化什么情況下又表現(xiàn)為脫碳呢？什么時(shí)候又同時(shí)發(fā)生呢？脫碳decarburization的實(shí)質(zhì)：脫碳是指鋼材在加熱時(shí)表層碳含量降低得現(xiàn)象。脫碳的過(guò)程是鋼種的碳在高溫下與氧，氫氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)甲烷和CO的過(guò)程。這些反應(yīng)是可逆的即氫，氧，二氧化碳可使鋼脫碳而CH4和CO可使鋼增碳。脫碳也是擴(kuò)散作用的結(jié)果，脫碳時(shí)一方面氧向鋼內(nèi)擴(kuò)散，另一方面鋼中的碳向外擴(kuò)散。從最后結(jié)果來(lái)看，脫碳只有在脫碳速度超過(guò)氧化速度才能形成。當(dāng)氧化速度

2、很大時(shí)，不發(fā)生明顯的脫碳現(xiàn)象。即脫碳層產(chǎn)生后被氧化成氧化鐵皮。因此在氧化作用相對(duì)較弱的氣氛中會(huì)形成較深的脫碳層。脫碳層的特征：脫碳由于碳被氧化反應(yīng)在：化學(xué)成分上含碳量較正常組織低；金相組織上滲碳體的數(shù)量較正常組織少；機(jī)械性能上其強(qiáng)度和硬度較正常組織低。鋼的脫碳層深度：鋼的脫碳層深度包括全脫碳層和部分脫碳層（過(guò)渡層）兩個(gè)部分，部分脫碳層是指全脫碳層之后到正常組織的部分。其檢驗(yàn)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T224-2008《鋼的脫碳層深度測(cè)定法》適用于檢驗(yàn)原材料及其機(jī)械零部件成品脫碳層深度的測(cè)量。脫碳層深度測(cè)定可分為金相法、硬度法和化學(xué)分析法三種。脫碳對(duì)鋼

3、的性能影響：1.對(duì)鍛造和熱處理工藝性能的影響：1)2Cr13不銹鋼加熱溫度過(guò)高，保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)能使δ鐵素體在表面過(guò)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）鋼的表面脫碳后，由于表層與心部組織不同線膨脹系數(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(guò)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

4、火后不能發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變或轉(zhuǎn)變不完全，結(jié)果得不到要求的硬度。軸承鋼表面脫碳后會(huì)形成淬火軟點(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。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，但如果超過(guò)加工余量范圍，脫碳層將部分保留下來(lái)，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。影響脫碳的因素：（1）爐氣成分??在爐氣成分中，脫碳能力最強(qiáng)的是H2O（汽），其次是O

5、2、CO2，H2較弱。一般來(lái)說(shuō)在中性介質(zhì)或弱氧化性介質(zhì)中加熱時(shí)，可以減少脫碳。（2）加熱溫度??鋼在氧化性爐氣中加熱時(shí)，既產(chǎn)生氧化，也引起脫碳。在700~1000℃的高溫下，由于表面氧化皮阻礙碳的擴(kuò)散，脫碳的速度比氧化要慢；隨著加熱溫度的升高，氧化和脫碳的速度都加快，而此時(shí)氧化皮喪失阻礙功能，脫碳進(jìn)行得比氧化更為劇烈。如GCr15鋼在1100~1200℃溫度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的脫碳現(xiàn)象。（1）加熱時(shí)間??鋼在加熱時(shí)間越長(zhǎng)，脫碳層越厚；當(dāng)厚度達(dá)到一定值后，脫碳速度將逐漸減慢。?（4）化學(xué)成分??鋼的含碳量越高，脫碳傾向越大。W、Al，Si，Co等元

6、素使鋼脫碳增加；Cr等元素則能阻止鋼的脫碳。防止脫碳的措施：1）工件加熱時(shí)，盡可能的降低加熱溫度及在高溫下的停留時(shí)間，合理的選擇加熱速度，以縮短加熱的總時(shí)間。2）造成及控制適當(dāng)?shù)募訜釟夥?，使之呈現(xiàn)中性或采用保護(hù)氣氛加熱，為此可采用特殊設(shè)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　?）熱壓力加工過(guò)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)，如停斷時(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)行冷變形成形時(shí)，盡可能減少中間退火次數(shù)及降低中間退火溫度，或者用軟化退火代替高溫退火，進(jìn)行中間退火或者軟

7、化回火時(shí)，加熱應(yīng)在保護(hù)介質(zhì)中進(jìn)行。1）高溫加熱時(shí)，鋼的表面應(yīng)利用覆蓋物及涂料保護(hù)，以防止氧化與脫碳。2）正確的操作及加大工件加工余量，以使脫碳層在加工時(shí)能完全去掉。