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       鋼件在加熱過程中，由于爐內(nèi)脫碳性氣氛與鋼表面的碳原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即鋼表面的碳原子部分或全部被燒掉，因此降低了其表面的含碳量，從而影響到零件的表面質(zhì)量和機(jī)械性能，常規(guī)而言是不允許的。無保護(hù)加熱造成脫碳總是不可避免的，實(shí)驗(yàn)表明脫碳后的表面組織為鐵素體，內(nèi)部為奧氏體組織，在淬火后二者轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的過程中，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力的作用，將會(huì)造成表面的變形和開裂，表面硬度、抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度等普遍下降，出現(xiàn)零件的早期時(shí)效，因此必須避免該類現(xiàn)象的發(fā)生。鋼在加熱過程中離不開加熱體和加熱的介質(zhì)，熱處理加熱設(shè)備種類較多，加熱的方式有傳導(dǎo)、對流和輻射三種，任何熱處理設(shè)備均具有其中的一種或幾種傳熱方式。

      通常在加熱的介質(zhì)爐氣中存在有O2、CO2、H2O和H2等氣體，它們和鋼表面的碳發(fā)生化學(xué)作用，造成碳含量的下降。鋼的脫碳過程有兩個(gè)環(huán)節(jié)，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(jù)化學(xué)平衡原理心部碳向表面擴(kuò)散移動(dòng)，因此脫碳層會(huì)不斷增加，時(shí)間越長則脫碳越嚴(yán)重。因此無論是鋼表面的碳原子還是滲碳體中呈化合態(tài)的碳原子，一旦發(fā)生脫碳則其零件表面的含碳量降低，造成淬火后硬度低和耐磨性的減弱，尤其是造成零件疲勞強(qiáng)度的明顯下降。上述爐內(nèi)的氣氛中O2、CO2、H2O和H2屬于氧化性的氣體，在加熱的過程中引起鋼表面的氧化和脫碳，而CO、CH4則為還原性氣體，可以使氧化層和脫碳層得到還原，恢復(fù)鋼表面的原始成分狀態(tài)。需要說明的是H2除外，在還原性和氧化性的氣氛中，如含有水蒸氣它將會(huì)造成表面的明顯脫碳。作為氣體加熱介質(zhì)而言，為了確保加熱過程中不出現(xiàn)上述缺陷，應(yīng)當(dāng)采用在還原性或保護(hù)氣氛中完成零件的熱處理，這是熱處理工作者一直努力的方向。目前陸續(xù)開發(fā)了一系列的加熱方法，實(shí)現(xiàn)了不改變零件的表面成分和狀態(tài)的保護(hù)介質(zhì)的加熱。

      從脫碳產(chǎn)生的機(jī)理來看，脫碳的實(shí)質(zhì)為鋼中的碳原子在高溫下與氧和氫等發(fā)生作用，生成了一氧化碳。一般而言，鋼的氧化和脫碳是同時(shí)進(jìn)行的，其擴(kuò)散均在A1相變點(diǎn)以上高溫下強(qiáng)烈發(fā)生，因此控制好爐內(nèi)的成分即可避免氧化和脫碳現(xiàn)象的出現(xiàn)，尤其是水蒸氣必須去除。當(dāng)鋼表面的氧化速度小于碳從內(nèi)層向外層擴(kuò)散的速度時(shí)會(huì)發(fā)生脫碳，即在氧化性較弱的氧化性氣氛中會(huì)發(fā)生脫碳現(xiàn)象，相反，當(dāng)鋼表面的氧化速度大于碳從內(nèi)層向外層擴(kuò)散的速度時(shí)會(huì)發(fā)生氧化。對工具鋼而言，輕度脫碳(0.6%~0.8%)不會(huì)明顯造成過共析鋼硬度的降低，但會(huì)減少殘余奧氏體中碳化物的含量，在淬火溫度下，加劇表層晶粒的粗化和長大，使鋼的強(qiáng)度下降。如有嚴(yán)重的脫碳(0.4%~0.5%)，鋼的淬火和回火后硬度將大大降低，耐用度下降，同時(shí)將引起淬火裂紋的出現(xiàn)，從而加劇零件之間的粘連。因此對工具鋼來說，確保零件加熱過程中無氧化和脫碳是提高熱處理產(chǎn)品質(zhì)量的前提。零件的表面被氧化和脫碳后其表面狀態(tài)十分粗糙，失去光澤，在熱處理過程中將導(dǎo)致淬火裂紋、軟點(diǎn)、硬度不足等缺陷，造成抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度明顯下降。對高速工具鋼而言，表面脫碳使工件的紅硬性降低，表面脫碳后將嚴(yán)重降低刀具的耐用度，脫碳和未脫碳部分因淬火后比容不同而產(chǎn)生差異，影響到刀具結(jié)合部分的強(qiáng)度等，因此應(yīng)當(dāng)注意避免該類問題的出現(xiàn)。彈簧鋼表面如存在脫碳現(xiàn)象，將嚴(yán)重影響疲勞強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。而對螺栓的標(biāo)準(zhǔn)件脫碳而言，將造成螺紋表面硬度降低、螺紋脫扣、強(qiáng)度明顯降低等，無法滿足螺栓的工作需要。因此脫碳是不允許的，在加熱過程中應(yīng)采取保護(hù)措施，確保產(chǎn)品質(zhì)量合格。鋼鐵表面脫碳后，含碳量與內(nèi)部基體的碳成分存在了差異，因此淬火后過冷奧氏體轉(zhuǎn)變為馬氏體，在表面的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的共同作用下，造成內(nèi)外膨脹量的差異，容易出現(xiàn)零件的淬火裂紋。若表面為完全脫碳，則不會(huì)造成淬火裂紋的出現(xiàn)，其原因在于表面只有熱應(yīng)力，內(nèi)部為拉應(yīng)力，因此表面受到壓應(yīng)力的作用。需要說明的是因?yàn)椴僮鞑划?dāng)所致的表面脫碳，將使表面變硬，不會(huì)發(fā)生塑性變形，如殘留的含碳量低于0.3%，不會(huì)開裂；而高于0.4%存在開裂的傾向，因此殘留碳含量的多少直接影響到零件的產(chǎn)品質(zhì)量問題，這一點(diǎn)應(yīng)引起熱處理技術(shù)人員的重視。