鍛件加熱過程中的氧化
2022-09-22 08:45:15
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氧化是鍛件毛坯（金屬原料）在加熱過程中與爐氣中的氧化性氣體發(fā)生化學反應，在鍛件金屬表面形成氧化皮的現(xiàn)象。例如鋼加熱到高溫時，表層的Fe與02、C02、H2o可發(fā)生反應形成FeO、Fe3O4. Fe2O3。高溫氧化實際是一種擴散過程，伴隨著Fe原子以離子狀態(tài)由內(nèi)部向表面擴散，爐氣中氧以原子狀態(tài)吸附在坯料表面并向內(nèi)部擴散，結(jié)果形成三層不同氧化鐵組成的氧化皮，最外層氧化皮為Fe2O3，占氧化皮厚度10%，次外層為Fe3O4，占氧化皮厚度為50%,最里層為FeO，占氧化皮厚度40%。
氧化主要受鍛件金屬材料的種類、爐氣性能、加熱溫度、加熱時間的影響。
加熱不同的金屬材料，氧化程度不同，如鋼坯料，在同樣條件下，不同牌號的鋼氧化燒損也不同，低碳鋼燒損量大而高碳鋼量燒損請小，這是由于在高碳鋼中反應生成了較多CO而降低了氧化鐵的生成量。當鋼中含有Cr、Ni、Al、Si、Mo等合金元素時，在鋼料表面會形成致密且不易脫落的氧化薄膜，可以阻止加熱過程金屬的繼續(xù)氧化。
燃料爐的爐氣性質(zhì)可分為氧化性爐氣、還原性爐氣和中性爐氣。爐氣性質(zhì)決定于燃料燃燒時的空氣供給在強氧化性爐氣中，爐氣可能完全由氧化性氣體，如02、C02、H20、SO2等組成，這將使金屬產(chǎn)生較厚的氧化皮。在還原性爐氣中，含有足夠量的還原性氣體，如CO、H2等，它可以使金屬不氧化或很少氧化。普通電阻爐在空氣介質(zhì)中加熱，屬于氧化性爐氣。
加熱溫度是影響金屬氧化速度最主要的因素。溫度越高，金屬和氣體原子擴散速度越大，則氧化越劇烈，生成的氧化皮越厚。實際觀察表明，在200?500℃時，鋼料表面僅能生成很薄的一層氧化膜，當溫度升至600?700℃時，便開始有顯著氧化，并生成氧化皮，超過850?900℃，鋼的氧化速度急劇升高，氧化會急劇增加，坯料的氧化層較厚。
坯料在氧化性氣氛中的加熱時間越長，氧的擴散坩越大，形成的氧化皮越厚。特別是加熱到高溫階段，加熱時間的影響更加顯著。
金屬的氧化燒損危害性很大，一般情況下，鋼料每加熱一次便有0.5%?4.0%的金屬被氧化燒損掉，如表所示。同時氧化皮還加劇模具的磨損，降低鍛件的表面質(zhì)適。殘留氧化皮的鍛件，在機械加工時會加快刀具刃口的磨損。因此，減少或消除加熱時金屬的氧化燒損對鍛造生產(chǎn)來說非常重要。
在鍛造加熱過程減少氧化的措施有：在保證鍛件質(zhì)量的前提下，盡量采用快速加熱，縮短加熱時間，尤其是縮短高溫下停留的時間；在燃料完全燃燒的條件下，盡可能減少空氣過剩量，以免爐內(nèi)剩余氧氣過多，注意減少燃料中的水分；爐內(nèi)應保持不大的正壓力，防止冷空氣的吸入；采用少無氧化加熱方法。
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