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鋼在熱處理過程中脫碳的原理

2018-12-28 00:00:00    來源:高頻感應(yīng)加熱設(shè)備    點擊:1974    喜歡:0

鋼的脫碳是指鋼鐵零件在加熱過程中,爐內(nèi)脫碳性氣氛與鋼表面的碳原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng),即鋼表面的碳原子部分或全部被燒掉,因此降低了其表層的含碳量,從而影響到零件的表面質(zhì)量和力學(xué)性能,對于表面不加工的零件是不允許的。實驗表明脫碳后的表面組織為鐵素體,其晶粒變的粗大,內(nèi)部為奧氏體組織,在淬火后二者轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的過程中,表面產(chǎn)生拉應(yīng)力和組織應(yīng)力的綜合作用,將會造成表面的變形甚至開裂,表面硬度、抗拉強度和疲勞強度等普遍下降,出現(xiàn)零件的早期時效,嚴重影響零件的使用壽命,因此要嚴格控制和避免表面脫碳現(xiàn)象的發(fā)生。

        鋼在加熱過程中離不開加熱體和加熱的介質(zhì),熱處理加熱設(shè)備種類較多,加熱的方式有傳導(dǎo)、對流和輻射三種,任何熱處理設(shè)備均具有其中的一種或幾種傳熱方式,通常在加熱的介質(zhì)爐氣中存在有O2、CO2、H2O和H2等氣體,它們和鋼表面的碳發(fā)生化學(xué)作用,造成含碳量的下降,鋼的脫碳過程有兩個環(huán)節(jié),一是表面的碳原子被氧化,二是表面的碳失去引起表面碳濃度的降低,根據(jù)化學(xué)平衡原理心部碳向表面擴散移動,因此脫碳層會不斷增加,時間越長則脫碳越嚴重。


    從上述幾個反應(yīng)式來看,鋼件表面的碳原子分別與氧化性的氣體作用生成了相應(yīng)的氣體,含碳量則低于鋼的原始成分,無法獲得要求的組織和性能,因此實現(xiàn)無脫碳的熱處理是至關(guān)重要的。即使在氮基氣氛的加熱介質(zhì),加熱溫度提高也將使氧化性增強,表面的氧化和脫碳更加明顯。

   全脫碳層為最外面一層,其顯微組織為白色的鐵素體,半脫碳層是從全脫碳層的內(nèi)界到鋼的含碳量為原始組織狀態(tài)處的距離。

    從脫碳產(chǎn)生的機理來看,脫碳的實質(zhì)為鋼中的碳原子在高溫下與氧和氫等發(fā)生作用,生成了一氧化碳,一般而言鋼的氧化和脫碳是同時進行的,其擴散均在Ac1相變點以上高溫下強烈發(fā)生的,因此控制好爐內(nèi)的成分即可避免氧化和脫碳現(xiàn)象的出現(xiàn),尤其是水蒸氣必須去除。當鋼表面的氧化速度小于碳從內(nèi)層向外層擴散的速度時會發(fā)生脫碳,即在氧化性較弱的氧化性氣氛中會發(fā)生脫碳現(xiàn)象,相反,當鋼表面的氧化速度大于碳從內(nèi)層向外層擴散的速度時會發(fā)生氧化。

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