鍛件氧化主要受被加熱金屬化學成分和加熱環塊(如爐氣成分、加熱溫度等)內外兩方面因素的 影響。
1)金屬材料的化學成分
形成氧化皮的多少與化學成分密切相關。鋼中含碳量越高,形成氧化皮越少,尤其是當含碳量超過0.3%時就更為明顯。這是因為碳被氧化后,在坯料表面形成一層一氧化嫌(CO)氣體,起著抑制繼續氧化的作用。合金鋼中Cr、Ni、Al、Mo、Si等元素越多,加熱時形成的氧化皮越少,因為這些元素被氧化后,能在鋼的表面形成一層致密的氧化薄膜,并且它和鋼有接近的熱膨脹系數,又能牢固地附在表面上,不容易破裂和脫落,所以能阻止進一步氧化,起到保護作用。耐熱不起皮鋼就是含有上述元素較多的合金鋼,而當鋼內Ni、Cr含量為13%?20%時,幾乎不產生氧化。
2)爐氣成分
爐氣成分對鍛件氧化皮的形成有很大的影響,同一鋼號的鍛件在不同的加熱氣氛下,形成的氧化皮不一樣,在氧化性爐氣中,形成氧化皮最多,呈淺灰色,很容易清除;在中性爐氣(主要含N2)和還原性爐氣(含有CO、H2等)中,形成的氧化皮較少呈黑色,不易清除。為了盡量減少氧化皮的形成并清除,應注意加熱各階段的爐氣成分的控制。一般來說,鍛件在1000℃以下,加熱時宜采用氧化性爐氣,因為此時溫度不高,氧化過程尚不甚劇烈,而形成的氧化皮卻容易清除;當溫度超過1000 ℃以后,尤其在高溫保溫階段,應采用還原性爐氣或中性爐氣,以減少氧化皮的產生。
火焰加熱爐爐氣的性質,取決于燃料燃燒時的空氣供給量。如果爐內空氣過剩系數太大,供給的空氣過多,爐氣呈氧化性,金屬形成氧化皮就多,如果爐內空氣過剩系數為0.4?0.5時,爐氣呈還原性,形成保護氣氛,避免氧化皮的生成,達到無氧化加熱。
3)加熱溫度
加熱溫度也是鍛件形成氧化皮的主要因素,加熱溫度越高,氧化越劇烈。在570℃?600℃以前,鍛件氧化較慢,從700℃起氧化速度加快,到900℃?950℃時,氧化就十分顯著了。如果將900℃時氧化速度假設為1,當溫度達到1000℃時,氧化速度為2,當溫度達到1100℃時,氧化速度為3.5,而當溫度達到1300℃時,氧化速度就是7,增加了6倍。
4)加熱時間
鍛件在爐內氧化性氣體中的加熱時間越長,氧化擴散量越大,形成氧化皮也就越多,尤其是在高溫加熱階段,所以要盡量減少加熱時間,尤其是髙溫下的加熱時間和保溫時間應盡可能的縮短。
另外,鍛件坯料在高溫下,不但在爐內要被氧化,而且在鍛造過程中,雖然將坯料上的氧化皮清除干凈了,但如果坯料溫度仍然較高時,還要被二次氧化,不過氧化的速度隨著坯料溫度的下降而逐漸減弱。
減少和防止氧化皮生成的措施
對于火焰加熱爐,根據影響鍛件氧化皮生成的加熱環境因素,在加熱工藝方面采取相應的措施,能達到減少氧化皮生成的目的,主要措施如下:
(1)快速加熱。在保證鍛件質量的前提下,盡量采用快速加熱,縮短加熱時間,尤其是縮短高溫下的停留時間,在操作時盡量少裝勤裝,這樣還節約能耗。
(2)控制加熱爐氣的性質。在完全燃燒的條件下,嚴格控制進人爐內的空氣量,盡可能減少過剩空氣里,因為過多的空氣會加速氧化,還應使爐內有過量的還原性氣體。
(3)減少燃料中的水分,減輕水蒸氣對鍛件表面的氧化作用。
(4)保溫時爐膛應保持不大的正壓力,尤其是在髙溫保溫階段,防止冷空氣進人爐膛。
(5)介質保護加熱。將坯料表面與氧化性爐氣隔離,防止坯料在加熱時產生氧化。所用的介質有氣態保護介質(如純惰性氣體、石油液化氣、氮氣等)、液態介質(如玻璃熔體、熔鹽等)和固態保護介質(如木炭、玻璃粉、琺瑯粉和金屬鍍膜等)。