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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(diǎn)擊：2052 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(shí)驗(yàn)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(huì)造成表面的變形甚至開裂，表面硬度、抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度等普遍下降，出現(xiàn)零件的早期時(shí)效，嚴(yán)重影響零件的使用壽命，因此要嚴(yán)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(gè)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(kuò)散移動(dòng)，因此脫碳層會(huì)不斷增加，時(shí)間越長則脫碳越嚴(yán)重。
從上述幾個(gè)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(shí)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(qiáng)，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(jī)理來看，脫碳的實(shí)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(shí)進(jìn)行的，其擴(kuò)散均在Ac1相變點(diǎn)以上高溫下強(qiáng)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(dāng)鋼表面的氧化速度小于碳從內(nèi)層向外層擴(kuò)散的速度時(shí)會(huì)發(fā)生脫碳，即在氧化性較弱的氧化性氣氛中會(huì)發(fā)生脫碳現(xiàn)象，相反，當(dāng)鋼表面的氧化速度大于碳從內(nèi)層向外層擴(kuò)散的速度時(shí)會(huì)發(fā)生氧化。
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