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锻造加热过程中的氧化危害以及预防措施

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2019-09-01 15:05:00

钢加热到高温时,表层中的铁与炉气中的氧化性气体(如02、CO2、H2O)发生化学反应,使表层变成氧化铁(即氧化皮),这种现象称为氧化。氧化过程实质是扩散过程。即炉气中的氧以原子状态吸附到钢表面后向内部扩散,而钢中的铁则以离子状态由内部向表面扩散。

锻造加热过程中的氧化危害很大:一般情况下,每加热一次便有1.5%~3%的钢料被烧损掉,见表24;模锻时如果氧化皮被压人锻件表面,将降低锻件的表面质量;氧化皮的阻隔会造成锻件热处理性能不均匀(例如硬度不均等);氧化皮硬而脆,如果在模锻过程中掉人模膛内,将会加剧模具的磨损;在机械加工时,氧化皮将使刀具加速变钝;加热炉内脱落的碱性氧化皮会与酸性炉底耐火材料发生化学反应,使炉底软熔损坏。因此,减少或消除加热时的氧化烧损是非常重要的。

影响氧化的因素有很多。

(1)炉气成分火焰加热炉的炉气通常由三种气体成分组成:氧化性气体(O2、CO2、H2O)、还原性气体(CO、H2)和中性气体(N2)。炉气的性质取决于燃料燃烧时的空气供给量。当燃烧条件一定时,燃料燃烧所消耗的空气量是一定的,当供给空气过多时,过量空气中的氧化性气体使炉气的性质呈氧化性,氧化强烈,形成较厚的氧化皮;相反,供给空气不足时,炉内有过量的CO、H2,炉气的性质呈还原性,氧化皮很薄,甚至不产生氧化。

(2)加热温度  随着加热温度的升高,原子扩散能力增大,氧化速度也加快,形成的氧化皮厚。一般情况,钢在加热温度低于570~600℃时,氧化速度很慢;当温度超过900~950℃以后,氧化皮急剧增加。

(3)加热时间钢在高温下加热时间越长,氧化扩散量越大,形成的氧化皮越厚。因此,缩短加热时间,尤其是高温下的保温时间,对减少氧化的作用很大。

(4)化学成分和尺寸  随着钢含碳量的增加,形成的氧化皮将减少。这是因为含碳量高时,在氧化过程中生成了CO,具有还原性,能够削弱氧化性气体对钢表面的作用。当钢中含有Cr、Ni、Al、Mo等合金元素时,这些元素在钢的表面形成致密的氧化薄膜,阻止氧化性气体继续向内扩散,并且其膨胀系数与钢接近一致,能牢固附着在钢的表面,起到保护作用,从而减少了氧化。当Cr、Ni的含量大于13%~20%时,钢材几乎不产生氧化。此外,钢料的表面积与体积之比越小,氧化程度也越小。

减少氧化的措施是:在保证锻件质量的前提下,尽量采用快速加热,缩短高温下的加热、保温时间,例如采用感应电加热;合理设计火焰炉的炉膛和燃烧器,加快炉气循环速度,提高对流、辐射加热能力;对小型毛坯冷态装炉并提高炉温,加大炉子和毛坯的温差以加快传热速度;合理排布炉内毛坯使其多面充分受热;在使燃料完全燃烧的条件下,尽可能减少空气过剩量,以免炉内剩余氧气过多,并注意减少燃料中的水分;炉内保持不大的正压力,防止冷空气吸入;当对毛坯的加热质量要求较高时,应该采用各种专门的少无氧化加热措施。

 

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