1.氧化和脫碳

      淬火加熱時(shí),鋼制零件與周圍加熱介質(zhì)相互作用,往往會(huì)產(chǎn)生氧化和脫碳等缺陷。氧化使工件尺寸減小,表面光潔程度降低,并嚴(yán)重影響淬火冷卻速度,進(jìn)而使淬火工件出現(xiàn)軟點(diǎn)或硬度不足等新的缺陷。工件表面脫碳會(huì)降低淬火后鋼的表面硬度、耐磨性,并顯著降低其疲勞強(qiáng)度。因此,淬火加熱時(shí),在獲得均勻化奧氏體的同時(shí),必須注意防止氧化和脫碳現(xiàn)象。

       氧化是鋼件在加熱時(shí)與爐氣中的O2、H2O及CO2等氧化性氣體發(fā)生的化學(xué)作用。其主要化學(xué)反應(yīng)式為:

       2Fe+O2→→2FeO

       Fe+CO2→CO+FeO

       Fe+H2O→H2+FeO

       在570℃以下的溫度加熱,鋼中的鐵元素與O2、H2O及CO2等氣體發(fā)生氧化反應(yīng),主要形成氧化物Fe3O2。由于這種處于工件表層的氧化物結(jié)構(gòu)致密,與基體結(jié)合牢固,氧原子難以繼續(xù)滲人,故氧化速度很慢。因此,鋼在570℃以下加熱,氧化不是主要問題。但當(dāng)加熱溫度高于570℃時(shí),表面氧化膜主要由FeO組成。由于FO結(jié)構(gòu)松散,與基體結(jié)合不牢,容易脫落。因此氧原子很容易透過已形成的表面氧化膜繼續(xù)向里與鐵元素發(fā)生氧化。所以,一旦氧化膜中出現(xiàn)FO,便使鋼的氧化速度大大加快。由于氧化速度主要取決于氧原子或鐵原子通過表面氧化膜的擴(kuò)散速度,加熱溫度越高,原子擴(kuò)散速度越快,鋼的氧化速度越大,因此,鋼在加熱時(shí),在保證組織轉(zhuǎn)變的條件下,加熱溫度應(yīng)盡可能低,保溫時(shí)間應(yīng)盡可能短。采用脫氧良好的鹽浴加熱或控制氣氛加熱等方法,可以防止鋼的氧化

        鋼件在加熱過程中不僅表面發(fā)生氧化,形成氧化鐵層,而且鋼中的碳也與氣氛中的O2、H2O、CO2及H2等發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成含碳?xì)怏w逸出鋼外,使鋼件表面含碳量降低,這種現(xiàn)象稱為脫碳。脫碳過程中的主要化學(xué)反應(yīng)如下：

2(C)+O2→2CO↑

(C)+CO2→2CO↑

(C)+H2O→CO↑+H2

(C)+2H2→CH4↑

式中,(C)為溶于奧氏體中的碳。

由上述反應(yīng)式可知,爐氣介質(zhì)中的O2、H2O、CO2和H2都是脫碳性氣氛。工件表面脫碳以后,其表面與內(nèi)部產(chǎn)生碳濃度差,內(nèi)部的碳原子則向表面擴(kuò)散,新擴(kuò)散到表面的碳原子又被繼續(xù)氧化,從而使脫碳層逐漸加深。脫碳過程進(jìn)行的速度取決于表面化學(xué)反應(yīng)速度和碳原子的擴(kuò)散速度。加熱溫度越高,加熱時(shí)間越長,脫碳層越深。

氧化使工件表面金屬燒損,影響工件尺寸,降低表面質(zhì)量。脫碳使工件表面碳貧化,從而導(dǎo)致工件淬火硬度和耐磨性降低。嚴(yán)重的氧化脫碳會(huì)造成工件報(bào)廢。

對需要控制氧化和脫碳的工件,可采用下列措施:

(1)控制加熱溫度和加熱時(shí)間。在保證工件淬火硬度和組織的前提下,盡量采用較低的加熱溫度,采用Zui短的加熱時(shí)間。加熱前先經(jīng)預(yù)熱,可有效地縮短高溫加熱時(shí)間,減少工件的氧化和脫碳;

(2)采用鹽爐加熱;

(3)采用保護(hù)氣氛或可控氣氛加熱。

此外,加熱時(shí)將工件裝入有保護(hù)劑的鐵箱中或涂以保護(hù)涂料,也有一定的防氧化脫碳效果

2.過熱和過燒

加熱溫度過高,或在高溫下加熱時(shí)間過長,引起奧氏體晶粒粗化,淬火后得到粗針狀馬氏體的現(xiàn)象,稱為過熱。過熱組織增加鋼的脆性,容易造成淬火開裂,強(qiáng)度和韌性下降,易出現(xiàn)脆性斷裂。淬火過熱可以返修,返修前需進(jìn)行一次細(xì)化組織的正火或退火,再按正確規(guī)范重新加熱淬火。

鋼件淬火加熱溫度太高,達(dá)到其液相線附近時(shí),使奧氏體晶界出現(xiàn)局部熔化或者發(fā)生氧化的現(xiàn)象叫做過燒。過燒是嚴(yán)重的加熱缺陷;過燒組織晶粒極為粗大,晶界有氧化物網(wǎng)絡(luò),鋼的性能急劇降低。工件一旦過燒就無法補(bǔ)救,只能報(bào)廢。過燒的原因主要是設(shè)備失靈或操作不當(dāng)。高速鋼淬火溫度高容易過燒,火焰爐加熱局部溫度過高也容易造成過燒。所以,必須加強(qiáng)設(shè)備的維修管理定期校準(zhǔn)，才能防止過燒事故。