1. 氧化
1.1 定义
钢料加热到高温时,其表层的铁离子与炉气中的氧化性气体(O2、CO2、H2O和SO2)发生化学反应,使金属表层形成氧化皮的现象。
1.2 氧化的影响因素
氧化受金属材料本身的化学成份、炉气成分、加热温度及加热时间的影响。
1.2.1 化学成份
当含碳量大于 0.3%时,由于钢坯表层氧化反应形成的 CO 降低了氧化气体对其表层的作用,氧化皮将减少。Cr、Ni、Al、Mo 等合金元素能在钢坯的表面形成致密的氧化膜,其透气性很小,阻止了氧化性气体向钢坯内部的扩散,而且其膨胀系数与钢几乎一致,能牢固地附在钢坯的表面而不脱落,阻止了氧化的进行。当 Cr、Ni 含量为 13‐20%时,几乎不产生氧化。
1.2.2 炉气成分
火焰炉内的气氛通常分为氧化性气氛、还原性气氛和中性气氛。炉气的性质是由燃烧时的空气供给量决定的,当燃烧条件一定时,燃烧所消耗的空气量是一定的。当空气供给过多时,多余空气中带的氧化性气体使炉内呈氧化性气氛;空气的供给不足时,炉内有过量的 CO、H 2 而呈还原性气氛。
1.2.3 加热温度
加热温度升高时,氧化扩散速度加快,氧化烧损也就严重,形成的氧化皮较厚。
1.2.4 加热时间
钢料处在氧化性介质中的加热时间越长,氧化扩散量越大,于是形成的氧化皮也越厚。
1.3 预防措施
a.在保证锻伯质量的前提下,尽量采用快速加热,缩短加热时间,尤其是缩短高温下停留的时间,在操作时尽量采用少装勤装的方法。
b.在燃料完全燃烧的条件下,尽可能减少空气过剩量,以免炉内剩余氧气过多,并注意减少燃料中的水分。
c.炉内应保持不大的正压力,防止冷空气的吸入
2. 脱碳
2.1 定义
钢料在加热时,其表层的碳和炉气中的氧化性气体(如 O2、H2O、CO2 等)及某些还原性气体(如 H2)发生化学反应,造成了钢料表面含碳量降低的现象。
2.2 脱碳的影响因素
脱碳受受金属材料本身的化学成份、炉气成分、加热温度及加热时间的影响。
2.2.1 化学成份
钢中含碳量越高,脱碳的倾向性就越大。某些合金元素使脱碳层加深,如 C、W、Al 等;而有些合金元素则能阻止脱碳,如 Cr、Mn 等。
2.2.2 炉气成分
炉气成分中脱碳能力最强的介质是 H 2 O(汽),其次是 CO 2 和 O 2 ,最后是 H 2 。而 CO 的含量增加可减少脱碳。一般在中性介质或弱氧化性介质中加热可减少脱碳。2.2.3 加热温度钢在氧化性气氛中加热时,既产生氧化,同时也产生脱碳。在温度低于 1000℃时,由于钢料表面的氧化皮阻碍碳的扩散,因此脱碳过程比氧化慢。随着温度的升高,氧化速度加快,同时脱碳速度也加快,但是,此时氧化皮失去保护能力,因此达到某一温度后,脱碳就比氧化更激烈。
2.2.4 加热时间
加热时间越长,脱碳层就越厚,但二者不成比例关系。
2.3 危害
脱碳使锻件表面变软,强度和耐磨性降低。当脱碳层厚度小于加工余量时,对锻件性能没有什么危害,反之就要影响到锻件质量。
2.4 预防措施
一般用于防止氧化的措施,同样也可用于防止脱碳。
3. 过热
3.1 定义
坯料加热温度超过始锻温度,或坯料在高温下停留时间过长面引起晶粒粗大的现象。
3.2 影响因素
钢的过热温度主取决于它的化学成份,对于不同的钢种,其过热温度也不同。通常钢中有些元素会增加其过热倾向,如 C、Mn、S、P 等元素,而 Ti、W、发、N 等元素可减小钢的过热倾向。
3.3 危害
过热的组织由于晶粒粗大,要引起力学性能(特别是冲击韧性)的降低。这是因为与细晶相比,粗晶粒钢晶界总面积减少,从而使晶界杂质密度增加,晶粒之间的结合力减弱。
3.4 预防措施
a.严格控制加热温度,尽可能缩短高温保温时间,加热时坯料不要放在炉内局部高温区。
b.在锻造时,要使锻件有足够的变形量,因为足够的变形量能够破碎粗大的奥氏体晶粒和分散晶界上的析出相。对于需要预制坯的模锻件,应保证终锻时锻件各部分有适当的变形量。
c.测温用的热工仪表必须校下准确。
4. 过烧
4.1 定义
当锻件加热到接近其熔化温度(称为过烧温度),并在此温度下停留时间过长时,不仅晶粒粗大,而且由于发生局部熔化,氧化性气体进一步侵入晶界,使晶间物质氧化,形成易熔共晶氧化物,使晶粒间结合完全破坏。
4.2 危害
对过烧的坯料进行锻造时,轻则在表面引起网状裂纹,一般称之为“龟裂”,严重时将导致坯料破裂成碎块。所以过烧是加热的致命缺陷,最后坯料只能报废。如果坯料只是局部过烧,可将过烧的部分切掉。
4.3 影响因素
钢的过烧温度主要受其化学成份的影响,并且因不同的钢种而异。通常钢中的 Ni、Mo等元素易使其产生过烧;而 Al、Cr、W 等元素则能减小其过烧。
4.4 措施
减少和防止过烧的办法就是严格遵守加热规范,特别是要控制出炉温度及在高温时的停留时间。
5. 裂纹
钢在加热过程的某一温度下,内应力超过它此时的强度极限时,就要产生裂纹。
通常内应力有温度应力、组织应力和残余应力。
为防止裂纹的产生,对钢料的加热,特别是断面尺寸大的大钢锭和导温差的高合金钢的加热,其低温段必须缓慢加热。
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