鋼鐵加熱時(shí)的脫碳

鋼的強(qiáng)度和耐磨性取決于組織中的碳化物。鋼表層碳含量的減少會(huì)降低表面硬度和強(qiáng)度以及耐磨性，影響機(jī)器零件壽命，在許多情況下還會(huì)降低鋼材的疲勞抗力。

鋼鐵加熱時(shí)，在鐵氧化的同時(shí)，碳也會(huì)氧化。鋼的脫碳建立在表面晶格溶入碳的氧化。依賴于周圍氣氛的碳勢(shì)，鋼的脫碳也可能和形成氧化皮無(wú)關(guān)。在熱處理過程中，鐵和碳的氧化一般都是同時(shí)發(fā)生。碳氧化形成CO和CO2的氣體產(chǎn)物，由于存在氧化皮、只有氣體產(chǎn)物自氧化皮逸出，才有可能形成脫碳，也就是說，當(dāng)CO、CO2的平衡壓力足夠大到?jīng)_破氧化皮或氧化皮具有多孔性時(shí)才可能發(fā)生脫碳。

鋼表面碳的消耗要靠?jī)?nèi)部碳的擴(kuò)散來補(bǔ)償，因此，鋼的脫碳過程由3個(gè)步驟組成:加熱介質(zhì)中的氧輸送到鋼材表面，碳在氣體和鋼界面上交換和碳在鋼材內(nèi)部的擴(kuò)散。

碳在鋼內(nèi)部的擴(kuò)散是控制脫碳速率的最重要因素。經(jīng)過一個(gè)短暫的起始段，脫碳層深度的變化便遵從一個(gè)對(duì)時(shí)間的拋物線規(guī)律。低碳鋼加熱到910 ℃以下表面呈鐵素體狀態(tài)，由于碳的溶解度極低，造成對(duì)碳擴(kuò)散的較大位壘。加熱到910 ℃以上，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈脫碳。

當(dāng)同時(shí)存在氧化脫碳時(shí)，初始形成的氧化相能防止脫碳。當(dāng)溫度升高、CO-CO2平衡壓力增大、氧化皮附著力變?nèi)趸蜃優(yōu)槎嗫谞顣r(shí)，脫碳現(xiàn)象才會(huì)明顯發(fā)生。

鋼中的合金元素通過以下方式影響脫碳過程:鐵素體-奧氏體轉(zhuǎn)變溫度的變化、碳在固溶體中的活動(dòng)性、碳的擴(kuò)散系數(shù)、所形成氧化皮的性質(zhì)。……