利用中頻加熱爐進(jìn)行少無(wú)氧化加熱的工藝解析
通常稱(chēng)燒損量在0.5%以下的鍛造加熱為少氧化加熱,燒損量在0.1%以下的加熱稱(chēng)為無(wú)氧化加熱。少無(wú)氧化加熱除可減少金屬氧化、脫碳外,還可顯著提高鍛件表面質(zhì)量和尺寸精度,減少模具磨損等。
鋼坯在利用中頻加熱爐加熱的過(guò)程中,鋼中的金屬元素和爐內(nèi)的氧化性氣氛發(fā)生反應(yīng)并生成氧化鐵皮,氧化過(guò)程和脫碳過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行的,它們都和加熱條件(溫度、爐內(nèi)時(shí)間,爐內(nèi)氣氛以及坯料的化學(xué)成分)有關(guān)。一般說(shuō)來(lái),溫度小于750℃時(shí)氧化和脫碳都不明顯。溫度越高、爐內(nèi)時(shí)間越長(zhǎng),氧化層和脫碳層都增加。
影響金屬氧化的主要因素是:
(1)爐氣性質(zhì)(氧化性爐氣,中性爐氣和還原性爐氣);
(2)加熱溫度,溫度是影響金屬氧化速度的主要因素。溫度越高,金屬和氣體的原子擴(kuò)散速度越大,氧化越劇烈,生成的氧化皮越厚,在200℃~500℃時(shí),鋼材表面僅能生成很薄的一層氧化膜。當(dāng)溫度升至600℃~700℃時(shí)有顯著氧化,生成氧化鐵皮。從850℃~900℃鋼的氧化速度急劇升高。
(3)鋼材在氧化介質(zhì)中加熱時(shí)間越長(zhǎng),氧的擴(kuò)散量越大,形成的氧化皮越厚。
在同樣的加熱條件下,低碳鋼燒損量大,高碳鋼燒損量小,這是由于在高碳鋼中反應(yīng)生成了較多CO而降低了氧化鐵的生成量。各種碳鋼的氧化速度都相差不多。耐熱的鉻鋼、鎳鉻鋼、鉻硅鋼等鋼坯加熱時(shí)形成一層致密的氧化膜,阻礙了鋼坯的進(jìn)一步氧化。金屬的氧化燒損是非常有害的,氧化皮的存在影響成品的表面質(zhì)量和尺寸精度。
實(shí)現(xiàn)少無(wú)氧化加熱的方法很多,常用的方法有:快速加熱、介質(zhì)保護(hù)加熱和少無(wú)氧化火焰加熱等。感應(yīng)加熱坯料在感應(yīng)電流下的自身發(fā)熱,而火焰爐依靠高爐溫下的傳熱必然氧化脫碳嚴(yán)重,所以在感應(yīng)加熱下是少氧加熱,同時(shí)技術(shù)上盡可能快的加熱速度加熱金屬坯料,留存的殘余應(yīng)力和組織應(yīng)力疊加的結(jié)果,不足以引起壞料產(chǎn)生裂紋。小規(guī)格的碳素鋼錠和一般簡(jiǎn)單形狀的模鍛用毛坯,均可采用這種方法。由于上述方法加熱速度很快,加熱時(shí)間很短,坯料表面形成的氧化層很薄,因此可以實(shí)現(xiàn)少氧化的目的;感應(yīng)加熱不只是大大縮短了加熱時(shí)間,在減少氧化的同時(shí),還可以明顯降低脫碳程度,這點(diǎn)不同于少無(wú)氧化火焰加熱。
感應(yīng)加熱時(shí),鋼材的燒損量約為0.5%,為了達(dá)到無(wú)氧化加熱的要求,可在中頻加熱爐內(nèi)通入保護(hù)氣體。保護(hù)氣體有惰性氣體,如氮、氬、氦等,還有還原性氣體,如CO和H2混合氣,它是用保護(hù)氣體發(fā)生裝置專(zhuān)門(mén)制備的。這些氣體保護(hù)介質(zhì)通入中頻加熱爐內(nèi),使?fàn)t內(nèi)呈正壓,防止外界空氣進(jìn)人爐內(nèi),坯料便能實(shí)現(xiàn)少無(wú)氧化加熱。也有在感應(yīng)爐的出口端加火封的辦法,阻止空氣的流動(dòng),減少氧化的燒損量。世界上一流的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿鍛件就是采用火封辦法感應(yīng)加熱制坯。