钢在可控气氛中氧化脱碳和增碳的机理

发布日期:[08-03-10 12:30:36] 浏览人次:[]

  钢铁零件在空气中加热时,由于空气含有大量氧气会使这些零件产生氧化和脱碳现象。为了防止这些现象的发生,在加热时可向工作炉内通一些能使钢铁零件不氧化、不脱碳的气体--即 可控气氛。这些气体的主要万分是一氧化碳(CO)、氢(H2)、氮(N2)、及微量的二氧化碳(CO2)、水蒸气(H2O)和甲烷(CH4)等气体。这些气体和钢铁及其碳化物的化学反应是很复杂的(见下表),总的可以归纳加入以下几种气体:各种气体与钢铁及其碳化物的化学反应
气体成份
无氧化条件(%)
化学反应
性质
不脱碳的条件(%)
O2
0
2Fe+O2->2FeO
Fe3C+O2->3Fe+CO2
强烈氧化
强脱碳
0
N2
100
---
中性
100
CO2
<5
Fe+CO2->FeO+CO
Fe3C+CO2->3Fe+H2+CO2
强氧化
强脱碳
0
H2O
<3
Fe+H2O->FeO+H2
Fe3C+H2O->3Fe+H2+CO2
氧化性
强脱碳
<0.25
CO
8--20
Fe+2CO->Fe(C)+CO2
FeO+CO->Fe(C)+CO2
强渗碳
还原性
 
H2
2--100
FeO+H2->Fe+H2O
强还原
 
CH4
1
Fe+CH4->Fe(C)+2H2
强渗碳
 
1.具有氧化、脱碳作用的气体--除氧之外,二氧化碳和水蒸气的作用和氧一样,在高温下同样能使钢铁零件产生 氧化和脱碳。因此,在可控气氛热处理炉中应严格控制这两种气体的含量。
2.具有还原作用的气体---氢和一氧化碳是属于这类气体。它们不仅能在高温加热保护钢铁零件不氧化、不脱碳,不有能使氧化铁还原成铁的作用,其中一氧化碳又是一种增碳性的气体。
3.中性气体---氮气在高温加热时和钢铁不发生任何作用,即不氧化。不脱碳、也无还原和增碳作用,故为中性气体。
4.具有强烈碳作用的气体---甲烷是一种渗碳性气体,它在高温下能分解出大量碳原子渗入钢铁零件的表面使其增碳。
    实际上通入热处理炉内的气氛是多种气体混合物,其中有氧化性气体、中性气体、还原性气体和渗碳性气体等。在高温下加热时其化学反应很复杂。只能用CO2/CO和H2O/H2的相对含量来判断它们与钢铁零件的作用。
    综上所述得出的结论是:在750--950℃的热处理温度范围内,要使钢铁零件在加热时不氧化,必须使可控气氛CO2/CO的比例值相应小于0.7-0.4;H2O/H2的比值小于0.4--0.7,如要求钢铁不脱碳时,对上述经值要求还要小得多。
要控制可控气氛中的CO和H2的比例,只要采取适当的空气和原料气如(如丙烷、丁烷)的混合比就可以了。当增加原料气的含量时,可减少反应中H2O和 CO2的含量,增加了CO和H2的量,因而使CO2/CO和H2O/H2的比例减少,混合比降低可增加反应气的还原性。从而能保证工件不氧化。当CO和 H2的含量足够大时,就有利于还原和增碳反应。
    钢铁零件在可控气氛中加热时,除要考虑可控气氛的成份及加热温度外,还应该考虑被处理钢材的含碳量。对一定含碳量的钢材在一定温度下加热时,有着与它们相平衡的CO2和H2O的含碳量。如当温度升高或钢材含碳量增加时,要降低可控气氛中CO2的含量才能达到平衡。
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