脫碳是什么意思?鋼管表面脫碳是怎么回事?怎么處理脫碳問題?材料的脫碳是怎么一回事呢?這個脫碳的問題是如何發(fā)現(xiàn)的,發(fā)現(xiàn)了之后應該怎么處理的呢?今天我們就來研究一下脫碳這個問題。
脫碳是指鋼的含碳量減少的現(xiàn)象稱為脫碳。鋼的加熱溫度過高或在高溫下停留時間過長時易發(fā)生脫碳。有時還伴有嚴重的表面氧化。出現(xiàn)全脫碳層時組織中已無珠光體存在。僅有部分脫碳層時還保留一部分珠光體。碳鋼及低合金鋼在臨氫高溫狀態(tài)下氫使鋼中的Fe3C還原生成甲烷,也使珠光體脫碳,亦稱氫腐蝕。脫碳后的鋼材強度下降并軟化。
關于脫碳層深度可根據(jù)脫碳成分、組織及性能的變化,采用多種方法測定。例如逐層取樣化學分析鋼的含碳量,觀察鋼的表面到心部的金相組織變化,測定鋼的表層到心部的顯微硬度變化等等。實際生產中以金相法測定鋼的脫碳層最為普遍。
1)2Cr13不銹鋼加熱溫度過高,保溫時間過長時,能促使高溫δ鐵素體在表面過早的形成,使鍛件表面的塑性大大降低,模鍛時容易開裂。
2)奧氏體錳鋼脫碳后,表層將得不到均勻的奧氏體組織。這不僅使冷變形時的強化達不到要求,而且影響耐磨性,還可能由于變形不均勻產生裂紋。
3)鋼的表面脫碳以后,由于表層與心部的組織不同和線膨脹系數(shù)不同,因此淬火時所發(fā)生的不同組織轉變及體積變化將引起很大的內應力,同時表層經脫碳后強度下降,甚至在淬火過程中有時使零件表面產生裂紋。
對于需要淬火的鋼,脫碳使其表層的含碳量降低,淬火后不能發(fā)生馬氏體轉變,或轉變不完全,結果得不到所要求的硬度。軸承鋼表面脫碳后會造成淬火軟點,使用時易發(fā)生接觸疲勞損壞;高速工具鋼表面脫碳會使紅硬性下降。由于脫碳使鋼的疲勞強度降低,導致零件在使用中過早地發(fā)生疲勞損壞。
零件上不加工的部分(黑皮部分)脫碳層全部保留在零件上,這將使性能下降。而零件的加工面上脫碳層的深度如在機械加工余量范圍內,可以在加工時切削掉;但如超過加工余量范圍,脫碳層將部分保留下來,使性能下降。有時因為鍛造工藝不當,脫碳層局部堆積,機械加工時將不能完全去掉而保留在零件上,引起性能不均,嚴重時造成零件報廢。
影響鋼脫碳的因素有鋼料的化學成分,加熱溫度,保溫時間和煤氣成分等。
鋼料的化學成分對脫碳有很大影響。鋼中含碳量愈高脫碳傾向愈大W、Al、Si、Co等元素都使鋼脫碳傾向增加;而 Cr、Mn等元素能阻止鋼脫碳。
隨著加熱溫度的提高,脫碳層的深度不斷增加。一般低于1000℃時,鋼表面的氧化皮阻礙碳的擴散,脫碳比氧化慢,但隨著溫度升高,一方面氧化皮形成速度增加;另一方面氧化皮下碳的擴散速度也加快,此時氧化皮失去保護能力,達到某一溫度后脫碳反而比氧化快。
加熱時間越長,加熱火次愈多,脫碳層愈深,但脫碳層并不與時間成正比增加。例如高速鋼的脫碳層在1000℃加熱0.5h,深度達0.4mm;加熱4h達1.0mm;加熱12h后達1.2mm。爐內氣氛對脫碳的影響在加熱過程中,由于燃料成分,燃燒條件及溫度不同,使燃燒產物中含有不同的氣體,因而構成不同的爐內氣氛,有氧化性的也有還原性的。他們對鋼的作用是不同的。
氧化性氣氛引起鋼的氧化與脫碳,其中脫碳能力最強的介質是H2O(汽),其次是CO2與O2,最后是H2;而有些氣氛則使鋼增碳,如 CO和 CH4。爐內空氣過剩系數(shù)α大小對脫碳也有重要的影響:當α過小時、燃燒產物中出現(xiàn)H2,在潮濕的氫氣內的脫碳速度隨著含水量的增加而增大。
因此,在煤氣無氧化加熱爐中加熱,當爐氣中含H2O較多時,也要引起脫碳;當α過大時,由于形成的氧化皮多,阻礙著碳的擴散,故可減小脫碳層的深度。在中性介質中加熱時,可使脫碳最少。
防止脫碳的對策主要有以下幾方面:
1)工件加熱時,盡可能地降低加熱溫度及在高溫下的停留時間;合理地選擇加熱速度以縮短加熱的總時間;
2)造成及控制適當?shù)募訜釟夥?使呈現(xiàn)中性或采用保護性氣體加熱,為此可采用特殊發(fā)計的加熱爐(在脫氧良好的鹽浴爐中加熱,要比普通箱式爐中加熱的脫碳傾向為小);
3)熱壓力加工過程中,如果因為一些偶然因素使生產中斷,應降低爐溫以待生產恢復,如停頓時間很長,則應將坯料從爐內取出或隨爐降溫;
4)進行冷變形時盡可能地減少中間退火的次數(shù)及降低中間退火的溫度,或者用軟化回火代替高溫退火。進行中間退火或軟化回火時,加熱應在保護介質中進行;
5)高溫加熱時,鋼的表面利用覆蓋物及涂料保護以防止氧化和脫碳;
6)正確的操作及增大工件的加工余量,以使脫碳層在加工時能完全去掉。
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