鍛造廠加工鍛件時金屬加熱過程發(fā)生的變化
鍛造鍛件時坯料在加熱過程中，大多數(shù)金屬及合金會發(fā)生組織轉變，晶粒長大，嚴重時產生過熱甚至過燒。隨著溫度的提高，坯料變形抗力降低，殘余應力逐步消失，但會產生新的內應力，過大的內應力會導致坯料的開裂。加熱過程中，金屬及合金的熱傳遞系數(shù)、膨脹系數(shù)等隨溫度變化發(fā)生變化。隨加熱溫度提高，金屬表層與爐氣中的氧化性氣體如氧氣、二氧化碳、水等發(fā)生化學反應，產生氧化及脫碳現(xiàn)象。金屬及合金加熱過程氧化與脫碳。
一、氧化
氧化是金屬在加熱過程中與爐氣中的氧化性氣體發(fā)生化學反應，在金屬表面形成氧化皮的現(xiàn)象。例如鋼加熱到高溫時，表層的鐵與氧氣、二氧化碳、水可發(fā)生反應形成氧化鐵、四氧化三鐵、三氧化二鐵。髙溫氧化實際是一種擴散過程，伴隨著鐵原子以離子狀態(tài)由內部向表面擴散，爐氣中氧以原子狀態(tài)吸附在坯料表面并向內部擴散，結果形成三層不同氧化鐵組成的氧化皮，最外層氧化皮為三氧化二鐵，占氧化皮厚度10%，次外層為四氧化三鐵，占氧化皮厚度為50%,最里層為氧化鐵,占氧化皮厚度40%。氧化主要受金屬材料的種類、爐氣性能、加熱溢度、加熱時間的影響。
加熱不同的金屬材料，氧化程度不同，如鋼坯料，在同樣條件下，不同牌號的鋼氧化燒損也不同，低碳鋼燒損量大而高碳鋼敏燒損量小，這是由于在高碳鋼中反應生成了較多一氧化碳而降低了氧化鐵的生成量。當鋼中含有Cr、Ni、Al、Si、Mo等合金元素時，在鋼料表面會形成致密且不易脫落的氧化薄膜，可以阻止加熱過程金屬的繼續(xù)氧化。
燃料爐的爐氣性質可分為氧化性爐氣、還原性爐氣和中性爐氣。爐氣性質決定于燃料燃燒時的空氣供給。在強氧化性爐氣中，爐氣可能完全由氧化性氣體，如氧氣、二氧化碳、水、二氧化硫等組成，這將使金屬產生較厚的氧化皮。在還原性爐氣中，含有足夠量的還原性氣體，如二氧化碳、氫氣等，它可以使金屬不氧化或很少氧化。普通電阻爐在空氣介質中加熱，屬于氧化性爐氣。
加熱溫度是影響金屬氣化速度最主要的因素。溫度越高，金屬和氣體原子擴散速度越大，則氧化越劇烈，生成的氧化皮越厚。實際觀察表明，在200~500℃時，鋼料表面僅能生成很薄的一層氧化膜，當溫度升至600~700℃時，便開始有顯著氧化，并生成氧化皮，超過850~900℃時鋼的氧化速度急劇升高，氧化會急劇增加，坯料的氧化層較厚。
鍛造鍛件時的坯料在氧化性氣氛中的加熱時間越長，氧的擴散量越大，形成的氧化皮越厚。特別是加熱到高溫階段，加熱時間的影響更加顯著。
金屬的氧化燒損危害性很大，一般情況下，鋼料每加熱一次便有0.5~4.0%的金屬被氧化燒損掉，如表3-2所示。同時氧化皮還加劇模具的磨損，降低鍛件的表面質量。殘留氧化皮的鍛件，在機械加工時會加快刀具刃口的磨損。因此，減少或消除加熱時金屬的氧化燒損對鍛造生產來說非常重要。
在鍛造加熱過程減少氧化的措施有：在保證鍛件質量的前提下，盡量采用快速加熱，縮短加熱時間，尤其是縮短高溫下停留的時間；在燃料完全燃燒的條件下，盡可能減少空氣過剩，以免爐內剩余氧氣過多，注意減少燃料中的水分：爐內應保持不大的正壓力，防止冷空氣的吸入；采用少無氧化加熱方法。
二、脫碳
鋼料在加熱時，其表層的碳和爐氣中的某些氧化性氣體發(fā)生化學反應，造成了鋼料表面含碳量降低的現(xiàn)象稱為脫碳。脫碳也是擴散作用的結果，一方面爐氣中的氧向鋼內擴散，另一方面鋼中的碳向外表面擴散，這樣使鋼在表面形成了含碳量低的脫碳層。從整個過程來看，脫碳層只在脫碳速度超過氧化速度時才能形成。
影響脫碳的因素與氧化一樣，主要受鋼的化學成分、爐氣成分、加熱溫度、加熱時間等因素影響。
鋼的含碳量越高，脫碳的傾向越大。某些合金元素增加脫碳傾向，如c、W、Si、AI等。有些合金元素則能阻止脫碳，如Cr、Mn等。而Ni和V對脫碳影響不大。爐氣成分中脫碳能力最強的介質是水蒸氣，其次是二氧化碳和水,最后是氫氣，而增加CO量可減少脫碳傾向。在中性介質或弱氧化性介質中加熱可減少脫碳傾向。加熱溫度越高、加熱時間越長，脫碳越嚴重。加熱溫度大于1000℃時，由于強烈氧化，脫碳作用較弱。在更高溫度下，由于氧化皮脫落失去保護作用，脫碳將劇烈發(fā)生。
脫碳使鍛件表面碳量降低，降低強度和耐磨性能，脫碳層厚度小于加工余量時，對鍛件性能不產生影響，反之就會影響鍛件質量。一般防止氧化的措施，同樣可以防止脫碳。
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