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鋼料加熱的缺陷及其防止


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更新日期:2019205
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法蘭鍛件網

鋼加熱時,常產生的缺陷有氧化、脫碳、過熱、過燒。對鋼料正確地加熱,可以減少或避免這些缺陷。

1.氧化

金屬加熱到髙溫時,表面層會與空氣中的氧氣(02)、二氧化碳 (C02)、水蒸氣(H20)、二氧化硫(S02)等發生化學反應形成氧化皮(鐵皮),這種現象就稱為氧化,又稱為火耗損失。

氧化造成金屬的燒損達3%-5%。它的形成不但造成鋼材的浪費,而且還影響了鍛件的質量。模鍛時,進入型槽內的氧化皮還加劇了鍛模的磨損,使模具的使用時間縮短。爐中過多的氧化皮還會腐蝕耐火材料,降低了爐子的使用壽命。

鋼的碳含量越高,生成的氧化皮越少。含有鉻、鎳、鋁等元素的合金鋼,在加熱時形成的氧化皮相對較少。加熱溫度越高,時間越長,給風量越大,產生的氧化皮就越多。圖為長時間加熱時的嚴重燒損。為此,應採取快速加熱,儘量縮短加熱時間。薄件加熱時,溫度不能過高,以免因氧化、脫碳嚴重而報廢。

2.脫碳

鋼在加熱時,形成氧化皮的同時,伴隨發生脫碳現象。脫碳就是鋼中的碳被氧化而逸出,它的發生與鋼的化學成分、加熱溫度、加熱時間和爐中氣體有關係。碳含量越多的鋼,脫碳層越深。這是由於鋼 內部的碳可通過擴散作用,補充表面所脫去碳的緣故。鋼中含鎢、鋁

等元素,會使脫碳層增加;含鉻則可以減少脫碳現象。當溫度在800-850℃時開始發生脫碳,隨著加熱溫度的增高與時間的延長而越嚴重。爐中呈氧化性火焰時,脫碳作用較強。相反,呈還原性火焰時,則不易脫碳。因此,加熱爐要求保持還原性火焰加熱。

脫碳後鋼的表面變軟,鋼的強度和耐磨性降低,特別是刃具的刃口部分更為敏感,會顯著降低刃具的質量。脫碳嚴重的鋼,在鍛造時會產生龜裂。

3.過熱

鋼材在高溫爐中,保持時間太久,它的晶粒漸漸長大,以至變成粗大結晶,這種現象稱為過熱。過熱與加熱溫度、加熱時間有關。加熱溫度越高,時間越長,晶粒越變得粗大,而使鋼的力學性能降低、變脆。一般過熱對鋼造成的影響不大,但過熱嚴重時,在鍛造中邊角處會產生裂紋。某些合金鋼嚴重過熱後,通過熱處理改善過熱組織也相當困難。

4.過燒

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過燒鍛件的外表面會形成很深的裂紋,甚至會碎成幾塊,斷面呈淺灰藍色。過燒的外部特徵如圖所示。鍛造時第一次鐓粗就會破裂,有粗大晶粒裂紋,火花飛濺;或者拔長時,生成橫向粗糙彎曲裂口。再就是當表面過燒深度較淺時,裂紋看不到,只有酸洗後才能 發現,在邊緣或平面凸緣處產生了開裂。在顯微鏡下,過燒的鋼不 晶粒粗大,而且晶界開裂,在晶粒之間發生氧化現象,並在晶粒邊界上可能發生部分熔解。

對於低碳,加熱不能超過1300-1350℃;高碳鋼(碳的質量分數為1.0%-1.2%)不能超過1100-1150℃;合金鋼更容易過燒,加熱溫度應更低。爐氣中含氧越多,加熱時間越長,越易過燒。過燒的鋼料是無法挽救的,只能回爐重煉,在加熱時必須特別注意。

5.溫度不均

在整塊鋼料上,溫度不均的現象如下:

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1)在同一斷面上中心溫度比外部低,即「里生外熟」。

2)與1)相反,即「外生里熟」。

3)各面溫度不一致,即出現「陰陽面」。

4)同一鋼料兩端溫度比中間高,即「兩頭白中間黑」。

坯料加熱不均勻,在鍛造時易出現裂紋,特別是合金鋼鍛件加熱 不均勻,鍛造時就會出現中心裂紋。為了防止加熱不均勻,需進行預熱、保溫,並適當翻轉鍛件,使之熱透。

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6.加熱裂紋

由於加熱速度過快,金屬表面受熱而急劇膨脹而熱量未傳人內部,內部金屬膨脹小,故內部金屬受到外面金屬的拉應力,如果再加上金屬加熱時組織轉變或金屬內部原有的殘餘內力的影響,對於材料脆性較大的高合金工具鋼的鋼坯及鋼錠,以及大截面的冷鋼錠,就容易形成裂紋(見圖)。如果加熱時出現這種裂紋,鍛件就很難挽救。因此,對大截面的冷鋼錠和髙合金工具鋼的鋼坯及鋼錠,都必須 按照一定的加熱規範進行加熱。

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