2021-09-23 16:55:23

脱碳 免费编辑 添加义项名

B 添加义项
?
义项指多义词的不同概念,如李娜的义项:网球运动员、歌手等;非诚勿扰的义项:冯小刚执导电影、江苏卫视交友节目等。 查看详细规范>>
所属类别 :
机械
机械
编辑分类

脱碳是指的含碳量减少的现象称为脱碳。钢的加热温度过高或在高温下停留时间过长时易发生脱碳。有时还伴有严重的表面氧化。出现全脱碳层时组织中已无珠光体存在。仅有部分脱碳层时还保留一部分珠光体。碳钢及低合金钢在临氢高温状态下氢使钢中的Fe3C还原生成甲烷,也使珠光体脱碳,亦称氢腐蚀。脱碳后的钢材强度下降并软化。

5
本词条 无参考资料, 欢迎各位 编辑词条,额外获取5个金币。

基本信息

  • 中文名称

    脱碳

  • 外文名称

    decarbonization

  • 方法

    物理吸收法 化学吸收法

  • 释义

    钢加热时表面碳含量降低的现象

目录

折叠 编辑本段 过程

脱碳

decarbonization一种净化气体的过程,指脱除混合气体中的二氧化碳,主要见于合成氨生产原料气或煤气的处理。脱除原料气中二氧化碳的方法,分为3类。

(1)物理吸收法最早采用加压水脱除二氧化碳,经过减压将水再生。此法设备简单,但脱除二氧化碳净化度差,出口二氧化碳一般在2%(体积)以下,动力消耗也高。近20年来开发有甲醇洗涤法、碳酸丙烯酯法、聚乙二醇二甲醚法等,与加压水脱碳法相比,它们具有净化度高、能耗低、回收二氧化碳纯度高等优点,而且还可选择性地脱除硫化氢,是工业上广泛采用的脱碳方法。

(2)化学吸收法具有吸收效果好、再生容易,同时还能脱硫化氢等优点。主要方法有乙醇胺法和催化热钾碱法。后者脱碳反应式为:

K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3

为提高二氧化碳的吸收和再生速度,可在碳酸钾溶液中添加某些无机或有机物作活化剂,并加入缓蚀剂以降低溶液对设备的腐蚀。其中工业上广泛应用的方法(表5-9)有多种。

表5-9以碳酸钾为吸收剂的主要脱碳方法

方法名称

活化剂

缓蚀剂

改良砷碱法(溶液有毒)

氨基乙酸法

改良热碱法

催化热碱法

三氧化二砷

氨基乙酸

二乙醇胺

二乙醇胺-硼酸

三氧化二砷

五氧化二钒

五氧化二钒

五氧化二钒

此外,还有氨水吸收法。在碳酸化法合成氨流程中,采用氨水脱除变换气中的二氧化碳,同时又将氨水加工成碳酸氢铵

(3)物理-化学吸收法以乙醇胺和二氧化四氢噻吩(又称环丁砜)的混合溶液作吸收剂,称环丁砜法。因乙醇胺是化学吸收剂,二氧化四氢噻吩是物理吸收剂,故此法为物理与化学效果相结合的脱碳方法。

其化学方程式如下;

2Fe3C+O2=6Fe+2CO

Fe3C+2H2=3Fe+CH4

Fe3C+H2O=3Fe+CO+H2

Fe3C+CO2=3Fe+2CO

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。

脱碳是扩散作用的结果,脱碳时一方面是氧向钢内扩散;另一方面钢中的碳向外扩散。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。

变压器硅钢片要求含碳量尽量低,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、轴承钢高速钢弹簧钢,脱碳更是一种严重的缺陷。

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。

钢的脱碳层包括全脱碳层和部分脱碳层(过渡层)两部分。部分脱碳层是指在全脱碳层之后到钢含碳量正常的组织处。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。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。

折叠 编辑本段 影响分析

1.对锻造和热处理等工艺性能的影响

1)2Cr13不锈钢加热温度过高,保温时间过长时,能促使高温δ铁素体在表面过早的形成,使锻件表面的塑性大大降低,模锻时容易开裂。

2)奥氏体锰钢脱碳后,表层将得不到均匀的奥氏体组织。这不仅使冷变形时的强化达不到要求,而且影响耐磨性,还可能由于变形不均匀产生裂纹。

3)钢的表面脱碳以后,由于表层与心部的组织不同和线膨胀系数不同,因此淬火时所发生的不同组织转变及体积变化将引起很大的内应力,同时表层经脱碳后强度下降,甚至在淬火过程中有时使零件表面产生裂纹。

2.对零件性能的影响

对于需要淬火的钢,脱碳使其表层的含碳量降低,淬火后不能发生马氏体转变,或转变不完全,结果得不到所要求的硬度。

轴承钢表面脱碳后会造成淬火软点,使用时易发生接触疲劳损坏;高速工具钢表面脱碳会使红硬性下降。

由于脱碳使钢的疲劳强度降低,导致零件在使用中过早地发生疲劳损坏。

零件上不加工的部分(黑皮部分)脱碳层全部保留在零件上,这将使性能下降。而零件的加工面上脱碳层的深度如在机械加工余量范围内,可以在加工时切削掉;但如超过加工余量范围,脱碳层将部分保留下来,使性能下降。有时因为锻造工艺不当,脱碳层局部堆积,机械加工时将不能完全去掉而保留在零件上,引起性能不均,严重时造成零件报废。

折叠 影响因素

影响钢脱碳的因素有钢料的化学成分,加热温度,保温时间和煤气成分等。

钢料的化学成分对脱碳的影响

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。

加热温度的影响

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。

保温时间和加热次数的影响

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。

炉内气氛对脱碳的影响

在加热过程中,由于燃料成分,燃烧条件及温度不同,使燃烧产物中含有不同的气体,因而构成不同的炉内气氛,有氧化性的也有还原性的。他们对钢的作用是不同的。氧化性气氛引起钢的氧化与脱碳,其中脱碳能力最强的介质是H2O(汽),其次是CO2与O2,最后是H2;而有些气氛则使钢增碳,如 CO和 CH4。炉内空气过剩系数α大小对脱碳也有重要的影响:当α过小时、燃烧产物中出现H2,在潮湿的氢气内的脱碳速度随着含水量的增加而增大。因此,在煤气无氧化加热炉中加热,当炉气中含H2O较多时,也要引起脱碳;当α过大时,由于形成的氧化皮多,阻碍着碳的扩散,故可减小脱碳层的深度。在中性介质中加热时,可使脱碳最少。

折叠 对策

防止脱碳的对策主要有以下几方面:

1)工件加热时,尽可能地降低加热温度及在高温下的停留时间;合理地选择加热速度以缩短加热的总时间;

2)造成及控制适当的加热气氛,使呈现中性或采用保护性气体加热,为此可采用特殊发计的加热炉(在脱氧良好的盐浴炉中加热,要比普通箱式炉中加热的脱碳倾向为小);

3)热压力加工过程中,如果因为一些偶然因素使生产中断,应降低炉温以待生产恢复,如停顿时间很长,则应将坯料从炉内取出或随炉降温;

4)进行冷变形时尽可能地减少中间退火的次数及降低中间退火的温度,或者用软化回火代替高温退火。进行中间退火或软化回火时,加热应在保护介质中进行;

5)高温加热时,钢的表面利用覆盖物及涂料保护以防止氧化和脱碳;

6)正确的操作及增大工件的加工余量,以使脱碳层在加工时能完全去掉。

阅读全文

热点资讯