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氧化和脱碳

当加热介质是空气或熔盐时,钢表层的铁和碳与加热介质中的氧气、二氧化碳和水蒸气等将在高温下产生化学作用,形成铁和碳的氧化物,这种现象称为氧化。与此同时,工件表面层的碳由于被氧化自钢内逸出,因而降低了工件表层含碳量,这种现象称为脱碳。

氧化会降低零件尺寸精度和表而光泽度,影响淬火质量;脱碳会使表面硬度、耐磨性降低,同时使疲劳强度大大降低。过分氧化脱碳,会造成零件报废。

为防止氧化和脱碳,可采用以下方法处理:

1. 隔绝被加热的工件,不与炉气接触。
2. 为了控制炉气中氧化性气体的含量,使炉内为中性气氛,通人保护性气体(氨、氮、焦炉煤气等)。
3. 在工件表面敷防氧化涂料,如硼砂、石墨粉、玻璃粉、耐火粘土等。
4. 高级合金钢及精密零件在真空中采用无氧化加热。

过热和过烧

由于加热温度过高或保温时间过长,导致晶粒显著粗化的现象,称为过热。过热的结果使淬火后得到粗针马氏体,脆性增加,疲劳强度降低。

对于过热不严重的工件,碳素结构钢及合金结构钢一般应经一次正火或退火后再次加热重新淬火。对于高碳钢和合金工具钢,则应通过退火、正火多次处理,然后按正确的淬火工艺重新淬火。

如果钢的加热温度远远超过了正常的加热温度,以致沿晶界出现熔化和氧化的现象,称为过烧。钢的过烧组织,晶粒极为粗大,在晶界上有氧化物网络,力学性能急剧恶化,此种缺陷巳无法挽救,应绝对避免。

硬度不足及软点

当淬火温度过低,保温时间过短,淬火冷却速度不够或回火温度过高,以及加热后表面脱碳时都会造成零件硬度不足。淬火局部地区氧化皮未爆开,零件淬火冷却剂的方式不对,局部脱碳以及淬火后在冷却剂内相对运动不够等,都会在零件表面产生许多未被淬硬的小区域,这些小区域叫软点。

为了防止硬度不足和软点,必须制定的热处理规范和正确地选择淬火剂。如已产生硬度不足,对于一般碳素钢及合金结构钢,可经正火后,再次加热重新淬火。对合金工具钢最好退火后重新淬火。

变形和开裂

变形和开製是热处理中常见的缺陷,导致变形或开裂的根本原因是热处理时工件内部产生的内应力。工件在加热和冷却时,其表层与心部或各部温度变化是不一致的。由于工件各部分热胀冷缩的不一致,引起工件内部一部分金属对另一部分金属的作用力,因而产生了内应力,称为热应力。加热和冷却的速度越大,热应力也就越大。

此外,在热处理过程中,由于工件内各部分组织转变的不一致性或不同时性,引起体积的膨胀或收缩也不一致,从面也会产生内应力,称为组织应力特别是奥氏体向马氏体转变时产生的体积膨胀,由于受到尚未转变部分的阻碍,组织应力最显著。

在热应力与组织应力的作用下,工件在热处理时会产生变形或裂纹。

对于变形工件可在未冷透前趁热进行矫正,或在正火后矫止再进行淬火。但若变形太大或产生裂纹,则无法补救而报废。为了预防变形或裂纹,除淬火时在马氏体转变区采取减缓冷却外,在设计时还要注意工件的截面积不宜过于悬殊,截面形状尽量对称,避免尖棱和直角,预留较大的磨削余量等。