大型锻件在加热中是如何氧化和保护的?

2018-05-03 admin
   钢材在热处理加热过程中,钢中的金属元素与氧化性气氛(氧、二氧化碳、水蒸汽等) 发生作用,形成金属氧化物层(氧化皮),这种现象称为氧化。钢中的碳与脱碳气体(氧、 氢、二氧化碳、水蒸气等)相互作用而烧损的一种现象称为脱碳。脱碳与氧化一般是同时发生的,究竟哪一种现象处于主要地位,要视碳的扩散速度与铁表面的氧化速度而定,若碳的扩散速度大于铁表面的氧化速度时,以脱碳为主,反之则以氧化为主。
   钢的脱碳和氧化是一个较为复杂的表面化学-物理过程,它既包括金属表面与炉气间的相互作用和化学反应过程,同时还发生著氧化膜的形成及氧化元素在金属表面扩散过程。对于结构钢和工具钢来说,表面脱碳是一种有害缺陷,它不仅使锻件力学性能(硬度、 强度、耐磨性、疲劳强度等)下降,在使用中发生早期失效,而且由于脱碳层中存在着很大的残余拉应力,往往是加工过程中造成废品的主要因素,如表面淬火裂纹,磨削裂纹。对于大锻件要求脱碳层深度在允许的加工裕量范围之内。

 

 
   1.组织结构。
   钢的氧化是一种两面扩散过程,氧由氧化铁皮外表面向钢的表面扩散,钢中的铁由钢的表面向氧化铁皮表层扩散。氧化铁皮的每一层由一定的氧化阶段所生成。对氧化膜的分析表明,与基体金属相连的第一层氧化物,遵循晶体点阵定向适应的规律。氧化铁皮坚硬而脆,在高温下生成时产生压应力,容易发生裂纹而剥落。
   2.影响因素。
   氧化膜的形成速度主要与介质成分,加热温度及保温时间、钢材的化学 成分等因素有关。
   (1)钢的成分。当碳含量小于0.4%时,氧化速度随碳含童增长而升高I当碳含量大于0.4%时,氧化速度随碳含量增加而减小,显然是由于氧化介质与钢中的碳相互作用形成气体有关。合金元素对氧化速度有很大影响,加入铬、铝、硅等元素可以形成致 密结构的尖晶石型氧化物,这种氧化物结构对离子扩散有强烈的阻止作用,同时铁中添加合金元素将使维氏体出现的温度升高,以致抗氧化的能力大大提高。
   (2)加热温度与时间金属加热时氧化速度与加热温度呈指数曲线上升,这是因为氧的扩散系数与温度也是呈指数关系。氧化速度与保温时间呈抛物线关系。
   3.热处理加热时的防氧化措施在氧化性介质中加热金属时,氧化是不可避免的,但可以通过热处理操作减轻氧化程度,若用电炉加热时,应该提高炉子的密封性,尽量减少炉子的开启次数。若用燃气加热时,尽董保持炉子呈正压状态,绝对避免负压加热。
   在大型热处理炉中加热如何防止氧化是一个需要研究的课题,在金属表面敷以抗氧化涂料具有简便易行,不受工件尺寸限制等优点,因此,在国内外都在注意发展,在我国已有商品化供应,但由于成本较高,使用受到限制。另一方面也可利用工厂制氧后的氮气通入炉中进行保护,但这种氮气必需进行处理,彻底排除残余氧和水分,否则是不能使用的。

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