鋼材在熱處理加熱過程中，鋼中的金屬元素與氧化性氣氛(氧、二氧化碳、水蒸汽等) 發(fā)生作用，形成金屬氧化物層（氧化皮），這種現(xiàn)象稱為氧化。鋼中的碳與脫碳氣體（氧、 氫、二氧化碳、水蒸氣等)相互作用而燒損的一種現(xiàn)象稱為脫碳。脫碳與氧化一般是同時發(fā)生的，究竟哪一種現(xiàn)象處于主要地位，要視碳的擴散速度與鐵表面的氧化速度而定，若碳的擴散速度大于鐵表面的氧化速度時，以脫碳為主，反之則以氧化為主。
鋼的脫碳和氧化是一個較為復(fù)雜的表面化學-物理過程,它既包括金屬表面與爐氣間的相互作用和化學反應(yīng)過程，同時還發(fā)生著氧化膜的形成及氧化元素在金屬表面擴散過程。對于結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼來說，表面脫碳是一種有害缺陷，它不僅使鍛件力學性能(硬度、 強度、耐磨性、疲勞強度等)下降，在使用中發(fā)生早期失效，而且由于脫碳層中存在著很大的殘余拉應(yīng)力，往往是加工過程中造成廢品的主要因素，如表面淬火裂紋，磨削裂紋。對于大鍛件要求脫碳層深度在允許的加工裕量范圍之內(nèi)。
1.組織結(jié)構(gòu)。
鋼的氧化是一種兩面擴散過程，氧由氧化鐵皮外表面向鋼的表面擴散，鋼中的鐵由鋼的表面向氧化鐵皮表層擴散。氧化鐵皮的每一層由一定的氧化階段所生成。對氧化膜的分析表明，與基體金屬相連的***層氧化物，遵循晶體點陣定向適應(yīng)的規(guī)律。氧化鐵皮堅硬而脆，在高溫下生成時產(chǎn)生壓應(yīng)力，容易發(fā)生裂紋而剝落。
2.影響因素。
氧化膜的形成速度主要與介質(zhì)成分,加熱溫度及保溫時間、鋼材的化學 成分等因素有關(guān)。
(1)鋼的成分。當碳含量小于0.4%時，氧化速度隨碳含童增長而升高I當碳含量大于0.4%時，氧化速度隨碳含量增加而減小，顯然是由于氧化介質(zhì)與鋼中的碳相互作用形成氣體有關(guān)。合金元素對氧化速度有很大影響,加入鉻、鋁、硅等元素可以形成致 密結(jié)構(gòu)的尖晶石型氧化物，這種氧化物結(jié)構(gòu)對離子擴散有強烈的阻止作用，同時鐵中添加合金元素將使維氏體出現(xiàn)的溫度升高，以致抗氧化的能力大大提高。
(2)加熱溫度與時間金屬加熱時氧化速度與加熱溫度呈指數(shù)曲線上升，這是因為氧的擴散系數(shù)與溫度也是呈指數(shù)關(guān)系。氧化速度與保溫時間呈拋物線關(guān)系。
3.熱處理加熱時的防氧化措施在氧化性介質(zhì)中加熱金屬時，氧化是不可避免的，但可以通過熱處理操作減輕氧化程度,若用電爐加熱時,應(yīng)該提高爐子的密封性，盡量減少爐子的開啟次數(shù)。若用燃氣加熱時,盡董保持爐子呈正壓狀態(tài)，***避免負壓加熱。
在大型熱處理爐中加熱如何防止氧化是一個需要研究的課題,在金屬表面敷以抗氧化涂料具有簡便易行,不受工件尺寸限制等優(yōu)點，因此，在國內(nèi)外都在注意發(fā)展，在我國已有商品化供應(yīng)，但由于成本較高，使用受到限制。另一方面也可利用工廠制氧后的氮氣通入爐中進行保護，但這種氮氣必需進行處理，徹底排除殘余氧和水分，否則是不能使用的。
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