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(zhuǎn)變，晶粒長大，嚴(yán)重時產(chǎn)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(yīng)力逐步消失，但會產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力，過大的內(nèi)應(yīng)力會導(dǎo)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(xué)反應(yīng)，產(chǎn)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(xué)反應(yīng)，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(yīng)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(kuò)散過程，伴隨著鐵原子以離子狀態(tài)由內(nèi)部向表面擴(kuò)散，爐氣中氧以原子狀態(tài)吸附在坯料表面并向內(nèi)部擴(kuò)散，結(jié)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(yīng)生成了較多一氧化碳而降低了氧化鐵的生成量。當(dāng)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(zhì)可分為氧化性爐氣、還原性爐氣和中性爐氣。爐氣性質(zhì)決定于燃料燃燒時的空氣供給。在強(qiáng)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(chǎn)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(zhì)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(kuò)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(dāng)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(kuò)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(zhì)量。殘留氧化皮的鍛件，在機(jī)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(chǎn)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(zhì)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(nèi)剩余氧氣過多，注意減少燃料中的水分：爐內(nèi)應(yīng)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(xué)反應(yīng)，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(kuò)散作用的結(jié)果，一方面爐氣中的氧向鋼內(nèi)擴(kuò)散，另一方面鋼中的碳向外表面擴(kuò)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(xué)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(qiáng)的介質(zhì)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(zhì)或弱氧化性介質(zhì)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(yán)重。加熱溫度大于1000℃時，由于強(qiáng)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(hù)作用，脫碳將劇烈發(fā)生。

       脫碳使鍛件表面碳量降低，降低強(qiáng)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(chǎn)生影響，反之就會影響鍛件質(zhì)量。一般防止氧化的措施，同樣可以防止脫碳。

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