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鋼在熱處理過程中脫碳的原理
2018-12-28 00:00:00 來源：高頻感應加熱設備 點擊：2396 喜歡：0
鋼的脫碳是指鋼鐵零件在加熱過程中，爐內脫碳性氣氛與鋼表面的碳原子發生化學反應，即鋼表面的碳原子部分或全部被燒掉，因此降低了其表層的含碳量，從而影響到零件的表面質量和力學性能，對于表面不加工的零件是不允許的。實驗表明脫碳后的表面組織為鐵素體，其晶粒變的粗大，內部為奧氏體組織，在淬火后二者轉變為馬氏體的過程中，表面產生拉應力和組織應力的綜合作用，將會造成表面的變形甚至開裂，表面硬度、抗拉強度和疲勞強度等普遍下降，出現零件的早期時效，嚴重影響零件的使用壽命，因此要嚴格控制和避免表面脫碳現象的發生。
鋼在加熱過程中離不開加熱體和加熱的介質，熱處理加熱設備種類較多，加熱的方式有傳導、對流和輻射三種，任何熱處理設備均具有其中的一種或幾種傳熱方式，通常在加熱的介質爐氣中存在有O2、CO2、H2O和H2等氣體，它們和鋼表面的碳發生化學作用，造成含碳量的下降，鋼的脫碳過程有兩個環節，一是表面的碳原子被氧化，二是表面的碳失去引起表面碳濃度的降低，根據化學平衡原理心部碳向表面擴散移動，因此脫碳層會不斷增加，時間越長則脫碳越嚴重。
從上述幾個反應式來看，鋼件表面的碳原子分別與氧化性的氣體作用生成了相應的氣體，含碳量則低于鋼的原始成分，無法獲得要求的組織和性能，因此實現無脫碳的熱處理是至關重要的。即使在氮基氣氛的加熱介質，加熱溫度提高也將使氧化性增強，表面的氧化和脫碳更加明顯。
全脫碳層為最外面一層，其顯微組織為白色的鐵素體，半脫碳層是從全脫碳層的內界到鋼的含碳量為原始組織狀態處的距離。
從脫碳產生的機理來看，脫碳的實質為鋼中的碳原子在高溫下與氧和氫等發生作用，生成了一氧化碳，一般而言鋼的氧化和脫碳是同時進行的，其擴散均在Ac1相變點以上高溫下強烈發生的，因此控制好爐內的成分即可避免氧化和脫碳現象的出現，尤其是水蒸氣必須去除。當鋼表面的氧化速度小于碳從內層向外層擴散的速度時會發生脫碳，即在氧化性較弱的氧化性氣氛中會發生脫碳現象，相反，當鋼表面的氧化速度大于碳從內層向外層擴散的速度時會發生氧化。
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