锻件氧化主要受被加热金属化学成分和加热环塊(如炉气成分、加热温度等)内外两方面因素的 影响。
1)金属材料的化学成分
形成氧化皮的多少与化学成分密切相关。钢中含碳量越高,形成氧化皮越少,尤其是当含碳量超过0.3%时就更为明显。这是因为碳被氧化后,在坯料表面形成一层一氧化嫌(CO)气体,起着抑制继续氧化的作用。合金钢中Cr、Ni、Al、Mo、Si等元素越多,加热时形成的氧化皮越少,因为这些元素被氧化后,能在钢的表面形成一层致密的氧化薄膜,并且它和钢有接近的热膨胀系数,又能牢固地附在表面上,不容易破裂和脱落,所以能阻止进一步氧化,起到保护作用。耐热不起皮钢就是含有上述元素较多的合金钢,而当钢内Ni、Cr含量为13%?20%时,几乎不产生氧化。
2)炉气成分
炉气成分对锻件氧化皮的形成有很大的影响,同一钢号的锻件在不同的加热气氛下,形成的氧化皮不一样,在氧化性炉气中,形成氧化皮最多,呈浅灰色,很容易清除;在中性炉气(主要含N2)和还原性炉气(含有CO、H2等)中,形成的氧化皮较少呈黑色,不易清除。为了尽量减少氧化皮的形成并清除,应注意加热各阶段的炉气成分的控制。一般来说,锻件在1000℃以下,加热时宜采用氧化性炉气,因为此时温度不高,氧化过程尚不甚剧烈,而形成的氧化皮却容易清除;当温度超过1000 ℃以后,尤其在高温保温阶段,应采用还原性炉气或中性炉气,以减少氧化皮的产生。
火焰加热炉炉气的性质,取决于燃料燃烧时的空气供给量。如果炉内空气过剩系数太大,供给的空气过多,炉气呈氧化性,金属形成氧化皮就多,如果炉内空气过剩系数为0.4?0.5时,炉气呈还原性,形成保护气氛,避免氧化皮的生成,达到无氧化加热。
3)加热温度
加热温度也是锻件形成氧化皮的主要因素,加热温度越高,氧化越剧烈。在570℃?600℃以前,锻件氧化较慢,从700℃起氧化速度加快,到900℃?950℃时,氧化就十分显著了。如果将900℃时氧化速度假设为1,当温度达到1000℃时,氧化速度为2,当温度达到1100℃时,氧化速度为3.5,而当温度达到1300℃时,氧化速度就是7,增加了6倍。
4)加热时间
锻件在炉内氧化性气体中的加热时间越长,氧化扩散量越大,形成氧化皮也就越多,尤其是在高温加热阶段,所以要尽量减少加热时间,尤其是髙温下的加热时间和保温时间应尽可能的缩短。
另外,锻件坯料在高温下,不但在炉内要被氧化,而且在锻造过程中,虽然将坯料上的氧化皮清除干净了,但如果坯料温度仍然较高时,还要被二次氧化,不过氧化的速度随着坯料温度的下降而逐渐减弱。
减少和防止氧化皮生成的措施
对于火焰加热炉,根据影响锻件氧化皮生成的加热环境因素,在加热工艺方面采取相应的措施,能达到减少氧化皮生成的目的,主要措施如下:
(1)快速加热。在保证锻件质量的前提下,尽量采用快速加热,缩短加热时间,尤其是缩短高温下的停留时间,在操作时尽量少装勤装,这样还节约能耗。
(2)控制加热炉气的性质。在完全燃烧的条件下,严格控制进人炉内的空气量,尽可能减少过剩空气里,因为过多的空气会加速氧化,还应使炉内有过量的还原性气体。
(3)减少燃料中的水分,减轻水蒸气对锻件表面的氧化作用。
(4)保温时炉膛应保持不大的正压力,尤其是在髙温保温阶段,防止冷空气进人炉膛。
(5)介质保护加热。将坯料表面与氧化性炉气隔离,防止坯料在加热时产生氧化。所用的介质有气态保护介质(如纯惰性气体、石油液化气、氮气等)、液态介质(如玻璃熔体、熔盐等)和固态保护介质(如木炭、玻璃粉、珐琅粉和金属镀膜等)。
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