大型锻件在加热中是如何氧化和保护的？

钢材在热处理加热过程中，钢中的金属元素与氧化性气氛(氧、二氧化碳、水蒸汽等) 发生作用，形成金属氧化物层（氧化皮），这种现象称为氧化。钢中的碳与脱碳气体（氧、 氢、二氧化碳、水蒸气等)相互作用而烧损的一种现象称为脱碳。脱碳与氧化一般是同时发生的，究竟哪一种现象处于主要地位，要视碳的扩散速度与铁表面的氧化速度而定，若碳的扩散速度大于铁表面的氧化速度时，以脱碳为主，反之则以氧化为主。

钢的脱碳和氧化是一个较为复杂的表面化学-物理过程,它既包括金属表面与炉气间的相互作用和化学反应过程，同时还发生著氧化膜的形成及氧化元素在金属表面扩散过程。对于结构钢和工具钢来说，表面脱碳是一种有害缺陷，它不仅使锻件力学性能(硬度、 强度、耐磨性、疲劳强度等)下降，在使用中发生早期失效，而且由于脱碳层中存在着很大的残余拉应力，往往是加工过程中造成废品的主要因素，如表面淬火裂纹，磨削裂纹。对于大锻件要求脱碳层深度在允许的加工裕量范围之内。

1、组织结构

钢的氧化是一种两面扩散过程，氧由氧化铁皮外表面向钢的表面扩散，钢中的铁由钢的表面向氧化铁皮表层扩散。氧化铁皮的每一层由一定的氧化阶段所生成。对氧化膜的分析表明，与基体金属相连的第一层氧化物，遵循晶体点阵定向适应的规律。氧化铁皮坚硬而脆，在高温下生成时产生压应力，容易发生裂纹而剥落。

2、影响因素

氧化膜的形成速度主要与介质成分,加热温度及保温时间、钢材的化学 成分等因素有关。

1)钢的成分。当碳含量小于0.4%时，氧化速度随碳含童增长而升高I当碳含量大于0.4%时，氧化速度随碳含量增加而减小，显然是由于氧化介质与钢中的碳相互作用形成气体有关。合金元素对氧化速度有很大影响,加入铬、铝、硅等元素可以形成致 密结构的尖晶石型氧化物，这种氧化物结构对离子扩散有强烈的阻止作用，同时铁中添加合金元素将使维氏体出现的温度升高，以致抗氧化的能力大大提高。

2)加热温度与时间金属加热时氧化速度与加热温度呈指数曲线上升，这是因为氧的扩散系数与温度也是呈指数关系。氧化速度与保温时间呈抛物线关系。

3）热处理加热时的防氧化措施在氧化性介质中加热金属时，氧化是不可避免的，但可以通过热处理操作减轻氧化程度,若用电炉加热时,应该提高炉子的密封性，尽量减少炉子的开启次数。若用燃气加热时,尽董保持炉子呈正压状态，绝对避免负压加热。

在大型热处理炉中加热如何防止氧化是一个需要研究的课题,在金属表面敷以抗氧化涂料具有简便易行,不受工件尺寸限制等优点，因此，在国内外都在注意发展，在我国已有商品化供应，但由于成本较高，使用受到限制。另一方面也可利用工厂制氧后的氮气通入炉中进行保护，但这种氮气必需进行处理，彻底排除残余氧和水分，否则是不能使用的。

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