李继康钢的脱碳层深度测定.pdfVIP

钢的脱碳层深度测定法 Determination of depth of decarburization of steel 钢铁研究总院 李继康 2009年7月31 日 主要内容 脱碳简述 GB224-2008介绍 数据处理与不确定度 一、脱碳简述 脱碳简述 脱碳是钢加热时表面碳含量降低的现象。脱碳的 过程就是钢中碳在高温下与氢或氧发生作用生成甲 烷或一氧化碳。其化学方程式如下： 2Fe3C+O2 6Fe+2CO Fe3C+2H2 3Fe+CH4 Fe C+H O 3Fe+CO+H 3 2 2 Fe C+CO 3Fe+2CO 3 2 这些反应是可逆的，即氢、氧和二氧化碳使钢脱 碳，甲烷和一氧化碳则使钢增碳。 脱碳简述 脱碳是扩散作用的结果，脱碳时一方面是氧向钢内扩 散；另一方面钢中的碳向外扩散。从最后的结果看， 脱碳层只在脱碳速度超过氧化速度时才能形成。当氧 化速度很大时，可以不发生明显的脱碳现象，即脱碳 层产生后铁即被氧化而成氧化铁皮。因此，在氧化作 用相对较弱的气氛中，可以形成较深的脱碳层。 对大多数钢来说，脱碳后硬度、强度降低，尤其显著 影响疲劳寿命，特别是对于高碳工具钢、轴承钢、高 速钢及弹簧钢，脱碳更是一种严重的缺陷。 脱碳对钢的锻造和热处理工艺性能的影响 2Cr13不锈钢加热温度过高，保温时间过长时，能促使高 温δ铁素体在表面过早的形成，使锻件表面的塑性大大降 低，模锻时容易开裂。 奥氏体锰钢脱碳后，表层将得不到均匀的奥氏体组织。这 不仅使冷变形时的强化达不到要求，而且影响耐磨性，还 可能由于变形不均匀产生裂纹。 钢的表面脱碳以后，由于表层与心部的组织不同和线膨胀 系数不同，因此淬火时所发生的不同组织转变及体积变化 将引起很大的内应力，同时表层经脱碳后强度下降，甚至 在淬火过程中有时使零件表面产生裂纹。 脱碳对成品及零件性能的影响 对于需要淬火的钢，脱碳使其表层的含碳量降低，淬火后不能发生 马氏体转变，或转变不完全，结果得不到所要求的硬度。 轴承钢表面脱碳后会造成淬火软点，使用时易发生接触疲劳损坏； 高速工具钢表面脱碳会使红硬性下降。 由于脱碳使钢的疲劳强度降低，导致零件在使用中过早地发生疲劳 损坏。 零件上不加工的部分（黑皮部分）脱碳层全部保留在零件上，这将 使性能下降。而零件的加工面上脱碳层的深度如在机械加工余量范 围内，可以在加工时切削掉；但如超过加工余量范围，脱碳层将部 分保留下来，使性能下降。有时因为锻造工艺不当，脱碳层局部堆 积，机械加工时将不能完全去掉而保留在零件上，引起性能不均， 严重时造成零件报废。 影响钢脱碳的因素 1.钢料的化学成分对脱碳的影响： 钢料的化学成分对脱碳有很大影响。钢中含碳量愈高脱碳 倾向愈大W、Al、Si、Co等元素都使钢脱碳倾向增加；而 Cr、Mn等元素能阻止钢脱碳。 2.加热温度的影响 随着加热温度的提高，脱碳层的深度不断增加。一般低于 1000℃时，钢表面的氧化皮阻碍碳的扩散，脱碳比氧化 慢，但随着温度升高，一方面氧化皮形成速度增加；另一 方面氧化皮下碳的扩散速度也加快，此时氧化皮失去保护 能力，达到某一温度后脱碳反而比氧化快。 影响钢脱碳的因素 3.保温时间和加热次数的影响 加热时间越长，加热火次愈多，脱碳层愈深，但脱碳层并不与时间 成正比增加。例如高速钢的脱碳层在1000℃加热0.5h，深度达 0.4mm；加热4h达1.0mm；加热12h后达1.2mm。 4.炉内气氛对脱碳的影