锻造过程中常见的失效形式和防止措施.docVIP

锻造过程中常见的失效形式与防止措施（一） 1、氧化 （1）钢的氧化特征 在氧化性气氛中加热时，钢与氧、二氧化碳、水蒸气、二氧化硫等发生互相作用生成铁的氧化物，在钢材表面形成了氧化铁皮。在钢的氧化过程中，铁以离子状态由内层向外层表面扩散，氧化性气体则以原子状态由外表层经吸附后向内层扩散。在外表面因氧的含量多，形成Fe2O3，而内部则形成FeO，即由外层至内层氧化程度逐渐减轻。氧化皮与铁的膨胀系数不同，易从钢上剥离，从而加速了钢的氧化。 （2）氧化对锻件质量的影响 氧化不仅烧损大量的钢材，而且表面粘结有氧化皮的钢，在拔丝、冲压、模锻时易引起模具损坏，切削加工晨易引起刀具磨损。氧化对锻件质量也有—定的影响，如锻件表面粘结的氧化皮，不仅降低锻件（特别是精密模锻件）的表面质量和尺寸精度，而且在热处理时引起组织和性能不均匀。 （3）影响钢氧化的因素 影响钢氧化的因素很多，主要是加热温度、加热时间、炉气成分和钢的化学成分等。 首先是加热温度与时间的影响，加热热越高，扩散速度越快，钢的氧化也越严重。加热时间越长，氧化损失也越大。其次是炉气成分的影响，当过剩系数控制在0.4~0.5时，可以形成保护性气氛，避免发生氧化。低于800℃时，SO2对钢的氧化作用不强。但在1000~1200℃时，含0.1％SO2就会使氧化速度增加两倍；再次是钢的化学成分的影响，当钢中含碳量大于0.3％时，随含碳量的增多，氧化速度减小。另外。一些元素如Cr、Ni、Si、Mo等在金属表面形成牢固致密的保护薄膜，阻止氧向内部扩散，使氧化速度减慢。而当钢中铬及镍含量大于13％~20％时，实际上就很少发生氧化。 （4）防止氧化的措施 减少金属与氧的接触时间，如采用快速加热、感应加热等，以减少金属在高温下保温停留的时间。在保护性介质中加热，常用的保护性介质有：①气体介质；②液体介质，例如在玻璃液中加热，在盐浴炉中加热；③固体介质，例如把金属埋在石墨粉中加热，涂抹玻璃润滑剂加热等。采用先进加热技术，如在悬浮介质中加热（光亮加热）。 ?2、脱碳 （1）脱碳的特征 脱碳是指钢加热时表层含碳量降低的现象。脱碳的过程就是钢中的碳在高温下与氢或氧发生反应生成甲烷或一氧化碳。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。脱碳层只有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，铁即被氧化而生成氧化皮。因此，在氧化作用相对较弱的气氛中，可形成较深的脱碳层。 脱碳层含碳量较正常组织低，渗碳体（Fe3C）的数量较正常组织少，故其强度或硬变较低对大多数钢来说，脱碳会降低其性能。对高碳工具钢、轴承钢、高速钢及弹簧钢，脱碳是一种严重的失效。 （2）脱碳对钢性能的影响 脱碳对锻造和热处理等工艺性能均有影响：①2Crl3不锈钢加热温度过高、保温时间过长时，表层金属脱碳，促使高温占铁素体在表面过早地形成，使锻件表面塑性大大降低，模锻时容易开裂；②奥氏体锰钢表层脱碳以后，奥氏体组织不均匀，不仅使冷变形时的强度达不到要求，而且可能由于变形不均匀产生裂纹；③钢的表面脱碳以后，使表层与心部的组织和线膨胀系数不同，淬火时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，由于表层脱碳后强度下降，淬火时零件表面甚至可能产生裂纹。 脱碳对零件性能也有影响，钢的表面脱碳后，淬火时不发生马氏体转变或马氏体转变不完全，就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。 （3）影响钢脱碳的因素 影响钢脱碳的因素主要有钢的化学成分、加热温度、保温时间和炉气成分等。钢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。合金元素W、Al、Si、Co等元素都使钢脱碳倾向增加，而Cr等元素能阻止钢脱碳。随着加热温度的提高，脱碳层的深度不断增加。一般情况下，加热温度低于1000℃时，钢表面的氧化皮阻碍碳的扩散，脱碳比氧化慢。但随着温度的升高，虽然氧化皮形成速度增加，但氧化皮下面碳的扩散速度也加快，达到某一温度后脱碳反而比氧化快，此时氧化皮失去保护能力。加热时间愈长，加热次数愈多，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达1.2mm。炉内氧化性气氛引起钢的氧化与脱碳，其中脱碳能力最强的介质是H2O（汽），其次CO2与O2，最后是H2；而CO和CH4则使钢中增碳。在中性介质中加热时，脱碳最少。 （4）防止脱碳的措施 工件加热时，尽可能地