脱碳对机械工件的性能和使用寿命等有很大影响,因此我们必须对脱碳问题引以重视,加强对热处理工件的检验和控制。
一 脱碳
脱碳是指钢在加热时表面碳含量降低的现象。脱碳的实质就是钢中碳在高温下与氧和氢等发生作用生成一氧化碳和甲烷,其化学反应如下:
2Fe3C+O2 →6Fe+2CO
Fe3C+2H2→ 3Fe+CH4
Fe3C+H2O →3Fe+CO+H2
Fe3C+CO2 →3Fe+2CO
这些反应是可逆的,氧、氢、二氧化碳、水使钢脱碳,一氧化碳和甲烷可以使钢增碳。一般情况下,钢的氧化脱碳同时进行,当钢表面氧化速度小于碳从内层向外层扩散速度时发生脱碳,反之,当氧化速度大于碳从内层向外层扩散的速度时发生氧化。因此氧化作用相对较弱的氧化气氛中容易产生较深的脱碳层。
脱碳层由于被氧化,碳含量降低,金相组织中碳化物较少。脱碳层包括全脱碳和半脱碳两部分,全脱碳层显微组织特征为全部铁素体,半脱碳层是指全脱碳层的内边界至钢含碳量正常的组织处。
脱碳在钢表面形成铁素体晶粒形状有柱状和粒状两种,钢在A~A3,或者A~Ac m区域内加热时强脱碳形成柱状晶脱碳,钢在A以上加热或者A以上加热弱脱碳产生粒状晶脱碳。
随加热温度升高、加热介质氧化性增强,刚的氧化脱碳增加。
二 脱碳层深度的测定方法和检验
(1) 脱碳层的测定方法主要参见用于测定钢材(坯)及其零件的脱碳层测定标准《GB 224-87(钢的脱碳层深度测定法)》。
(2) 脱碳层深度的检验
脱碳层的深度一般不超过毛坯或工件单面加工余量的1/3或2/3。其脱碳层深度的结果可以用毫米表示,也可以用单边脱碳层深度占钢材直径(或厚度)的相对百分数来表示。
三 脱碳的防止和减轻措施
防止或减轻氧化脱碳的措施如表1所示。
表1 不同介质防止或减轻氧化脱碳的措施
加热介质 |
防止和减少氧化脱碳的措施 |
空气 |
1、工件埋入石英沙+铸铁屑装箱加热可防止氧化,在填加木炭可防止氧化脱碳。 |
2、工件表面涂防氧化脱碳涂料。 |
|
3、采用不锈钢包装密封加热。 |
|
4、采用密封罐抽真空或抽真空后通保护气氛 |
|
5采取感应加热、激光加热等快速加热可防止或减少氧化 |
|
火焰炉燃烧产物 |
1、调节燃烧比,使炉气带还原性。 |
2、利用燃烧产物净化后通入罐内作保护气 |
|
保护气氛 |
1、采用一定纯度的惰性气体保护可防止氧化,若防脱碳则应使用深度净化惰性气体,使O2<10×10-6,露点<-50℃。 |
2、制备气氛可控制碳势,使碳势接近或等于钢的碳含量。 |
|
盐浴 |
1、严格按要求脱氧。 |
2、中性盐添加木炭粉、CaC、SiC等含碳活性组分。 |
|
3、使用长效盐。 |
|
真空 |
1、一定的压升率,防止“穿堂风”。 |
2、回充气体或冷却气体要达到保护气体的净化水平。 |
四 脱碳的补救措施
已脱碳的工件可在吸热的气氛(一氧化碳、甲烷等)中复碳。