40Cr钢加热处理时脱碳行为的研究(2)
3.2 硬度测定 22
3.2.1 加热温度对硬度的影响 22
3.2.2 保温时间对硬度的影响 25
3.3 实验的关键点 27
4 结论 28
致谢 29
参考文献 30
1绪论
1.1 钢加热处理时脱碳简介
1.1.1 钢加热处理时脱碳的基本原理
钢在加热和保温过程中，由于周围空气对其表面所产生的化学作用及表面碳的扩散作用,使钢的表面碳含量降低，产生表面脱碳¬¬¬¬¬。脱碳的过程就是钢中碳在高温下与氢或氧发生作用生成甲烷或一氧化碳。其化学方程式如下:
2Fe3C+O2=6Fe+2CO(1.1)
Fe3C+2H2=3Fe+CH4 (1.2)
Fe3C+H2O=3Fe+CO+H2 (1.3)
Fe3C+CO2=3Fe+2CO(1.4)
这些反应是可逆的，即氢、氧和二氧化碳使钢脱碳，而甲烷和一氧化碳则使钢增碳[1]。
脱碳是扩散作用的结果，脱碳时一方面是钢的表面的碳与炉气发生化学发应，形成的含碳气体逸出表面，使钢表面碳浓度降低；另一方面是由于钢表面碳浓度的降低，工件表面与内部产生浓度差，因而发生内部的碳向表面扩散[2]。从最后的结果看，脱碳层只在脱碳速度超过氧化速度时才能形成。当氧化速度很大时，可以不发生明显的脱碳现象，即脱碳层产生后铁即被氧化而成氧化铁皮。因此，在氧化作用相对较弱的气氛中，可以形成较深的脱碳层。
变压器硅钢片要求合碳量尽量低，除在冶炼上应加以控制外，在锻轧加热时还应利用脱碳现象，使碳含量进一步下降，从而获得容易磁化的性能。但对大多数钢来说，脱碳会使其性能变坏，故均视为缺陷。特别是高碳工具钢、轴承钢、高速钢及弹簧钢，脱碳更是一种严重的缺陷[3]。
1.1.2 钢的脱碳层的组织特征及分类
脱碳层的组织特征：脱碳层由于碳被氧化，反映在化学成分上其含碳量较正常组织低；反映在金相组织上其渗碳体（Fe3C）的数量较正常组织少；反映在力学性能上其强度或硬度较正常组织低[4]。
根据炉气的碳势，加热温度和钢的含碳量的不同，钢的脱碳层可以分成两种类型包括全脱碳层和半脱碳层（过渡层）¬。半脱碳层是指脱碳层组织自表面至中心，由铁素体加珠光体组织逐渐过渡到珠光体的这种脱碳层称之。而脱碳层金相组织表面为单一的铁素体区，向里为铁素体加珠光体逐渐过渡到相当于钢原始含碳量缓冷组织的这种脱碳层称为全脱碳层[5]。在脱碳不严重的情况下，有时仅看到部分脱碳层而没有全脱碳层。
关于脱碳层深度可根据脱碳成分、组织及性能的变化，采用多种方法测定[6]。例如逐层取样化学分析钢的含碳量，观察钢的表面到心部的金相组织变化，测定钢的表层到心部的显微硬度变化等等。实际生产中以金相法测定钢的脱碳层最为普遍。
1.2 影响钢脱碳的因素
1.2.1 钢的化学成分
钢料的化学成分对脱碳有很大影响。钢中含碳量愈高脱碳倾向愈大W、Al、Si、Co等元素都使钢脱碳倾向增加；而 Cr、Mn等元素能阻止钢脱碳。
1.2.2 钢的加热温度
随着加热温度的提高，脱碳层的深度不断增加。一般低于1000℃时，钢表面的氧化皮阻碍碳的扩散，脱碳比氧化慢，但随着温度升高，一方面氧化皮形成速度增加；另一方面氧化皮下碳的扩散速度也加快，此时氧化皮失去保护能力，达到某一温度后脱碳反而比氧化快。
1.2.3 保温时间和加热次数
加热时间越长，加热火次愈多，脱碳层愈深，但脱碳层并不与时间成正比增加。例如高速钢的脱碳层在1000℃加热0.5h，深度达0.4mm；加热4h达1.0mm；加热12h后达1.2mm。