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大型锻件加热过程中的氧化

更新时间:2022-09-17 16:43:54

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      氧化是锻件毛坯(金属原料)在加热过程中与炉气中的氧化性气体发生化学反应,在锻件金属表面形成氧化皮的现象。例如钢加热到高温时,表层的Fe与02、C02、H2o可发生反应形成FeO、Fe3O4. Fe2O3。高温氧化实际是一种扩散过程,伴随着Fe原子以离子状态由内部向表面扩散,炉气中氧以原子状态吸附在坯料表面并向内部扩散,结果形成三层不同氧化铁组成的氧化皮,最外层氧化皮为Fe2O3,占氧化皮厚度10%,次外层为Fe3O4,占氧化皮厚度为50%,最里层为FeO,占氧化皮厚度40%。

    氧化主要受锻件金属材料的种类、炉气性能、加热温度、加热时间的影响。加热不同的金属材料,氧化程度不同,如钢坯料,在同样条件下,不同牌号的钢氧化烧损也不同,低碳钢烧损量大而高碳钢量烧损请小,这是由于在高碳钢中反应生成了较多CO而降低了氧化铁的生成量。当钢中含有Cr、Ni、Al、Si、Mo等合金元素时,在钢料表面会形成致密且不易脱落的氧化薄膜,可以阻止加热过程金属的继续氧化。



    

       燃料炉的炉气性质可分为氧化性炉气、还原性炉气和中性炉气。炉气性质决定于燃料燃烧时的空气供给在强氧化性炉气中,炉气可能完全由氧化性气体,如02、C02、H20、SO2等组成,这将使金属产生较厚的氧化皮。在还原性炉气中,含有足够量的还原性气体,如CO、H2等,它可以使金属不氧化或很少氧化。普通电阻炉在空气介质中加热,属于氧化性炉气。加热温度是影响金属氧化速度最主要的因素。温度越高,金属和气体原子扩散速度越大,则氧化越剧烈,生成的氧化皮越厚。实际观察表明,在200〜500℃时,钢料表面仅能生成很薄的一层氧化膜,当温度升至600〜700℃时,便开始有显著氧化,并生成氧化皮,超过850〜900℃,钢的氧化速度急剧升高,氧化会急剧增加,坯料的氧化层较厚。坯料在氧化性气氛中的加热时间越长,氧的扩散坩越大,形成的氧化皮越厚。特别是加热到高温阶段,加热时间的影响更加显著。


     金属的氧化烧损危害性很大,一般情况下,钢料每加热一次便有0.5%〜4.0%的金属被氧化烧损掉,如表所示。同时氧化皮还加剧模具的磨损,降低锻件的表面质适。残留氧化皮的锻件,在机械加工时会加快刀具刃口的磨损。因此,减少或消除加热时金属的氧化烧损对锻造生产来说非常重要。在锻造加热过程减少氧化的措施有: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,尤其是缩短高温下停留的时间;在燃料完全燃烧的条件下,尽可能减少空气过剩量,以免炉内剩余氧气过多,注意减少燃料中的水分;炉内应保持不大的正压力,防止冷空气的吸入;采用少无氧化加热方法。



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