La oxidación es cuando el hierro en la superficie del acero reacciona con O₂, H₂O y CO₂ para formar óxidos; la descarburación es cuando el carbono de la superficie reacciona con estos gases oxidantes para formar CO o CH₄ y se pierde. Ambos dan como resultado una dureza de superficie reducida, una vida útil de fatiga reducida y una pérdida dimensional. El núcleo de la prevención es hacer que la oxidación de la atmósfera en el horno sea lo suficientemente baja, hacer coincidir el potencial de carbono con el contenido de carbono del acero y garantizar que el cuerpo del horno esté sellado y la atmósfera sea estable.
- Fuente de oxidación: infiltración de aire, alto H₂O y CO₂ en la atmósfera
- La capa de descarburación causará una dureza superficial insuficiente y es una causa común de fallo por fatiga de engranajes y resortes.
- Métodos de prevención: atmósfera controlada, emparejamiento de potencial de carbono, sellado, instalación razonable del horno y transferencia rápida
- Ensayo: Método metalográfico, método de gradiente de microdureza
Oxidación: formación de incrustaciones de óxido
A altas temperaturas, el hierro reacciona con los gases oxidantes:
- 2Fe + O₂ → 2FeO
- Fe H₂O ⇌ FeO + H₂
- Fe + CO₂ ⇌ FeO + CO
Cuando la proporción de H₂O/H₂ o CO₂/CO en la atmósfera supera un valor crítico a una cierta temperatura, la superficie del acero se oxida, por lo que la atmósfera protectora debe tener suficientes componentes reductores (H₂, CO) y controlar la humedad y el dióxido de carbono.
Descarbonización: pérdida de carbono superficial
Las principales reacciones de descarburación incluyen:
- [C] + O₂ → CO₂ / CO
- [C] + H₂O → CO + H₂
- [C] + CO₂ → 2CO
- [C] + 2H2 ⇌ CH₄ (también puede ocurrir a alta temperatura, hidrógeno seco)
Mientras el potencial de carbono en el horno sea menor que el contenido de carbono del acero, el carbono se difundirá hacia afuera. Descarbonización completa(La capa superficial es casi completamente ferrita) y descarbonización parcial(El contenido de carbono es menor que la matriz).
Daño
- Después del templado superficial, la dureza es insuficiente y aparecen "puntos blandos";
- La tensión de compresión residual en la capa superficial se reduce o incluso se convierte en tensión de tracción.La vida de fatiga se redujo significativamente, especialmente sensible a los resortes, engranajes y ejes;
- La incrustación de óxido causa pérdida dimensional y una mayor tolerancia de mecanizado;
- La oxidación del límite del grano (oxidación interna) puede convertirse en una fuente de grietas por fatiga.
Cómo prevenir
- Utilice una atmósfera controlada y coincida con el potencial de carbono: Establecer el potencial de carbono cerca del contenido de carbono del material durante el enfriamiento y el calentamiento;
- Asegúrese de que el cuerpo del horno esté sellado: la fuga de aire en las puertas del horno, cortinas del horno, termopozos, ejes del ventilador, etc. es la manera principal para que el aire entre;
- fuente de atmósfera estableLas fluctuaciones en los generadores de gas endotérmico y los sistemas de nitrógeno-metanol se manifestarán directamente como fluctuaciones del potencial de carbono;
- Monitoreo y alarmaDetección oportuna de anomalías a través de sondas y analizadores de oxígeno.
- Detalles de artesanía: Reduzca el tiempo de transferencia entre las piezas que salen del horno y el enfriamiento, y evite permanecer en la zona de temperatura media durante mucho tiempo.
Cómo detectar
- Metalografía: Observe la capa de ferrita y los cambios estructurales después de la corrosión de la sección transversal;
- prueba de microdureza: Medir el gradiente de dureza desde la superficie hacia el interior para determinar la profundidad de la capa descarburada;
- análisis químico: Peeling capa por capa o análisis de espectro de chispa del contenido de carbono de la superficie.
Preguntas frecuentes
¿Puede la protección con nitrógeno puro prevenir la descarburación?
El nitrógeno puro puede reducir la oxidación, pero pequeñas cantidades de oxígeno y humedad en el nitrógeno aún pueden causar descarburación a altas temperaturas, y el nitrógeno puro no tiene la capacidad de "recarbar". Para acero con alto contenido de carbono y piezas con estrictos requisitos de carbono superficial, se recomienda usar una atmósfera con potencial de carbono controlado.
¿Se puede reparar la descarburación?
El contenido de carbono en la superficie se puede restaurar mediante la recarbonización (recalentamiento en una atmósfera con un potencial de carbono ligeramente superior al contenido de carbono del material), pero el costo es alto y el efecto debe verificarse. La mejor manera es evitarlo en la fuente.
¿Qué significa si las partes de salida del horno de cinta de malla se vuelven azules y negras?
Por lo general, significa que el aire ha entrado o que el contenido de humedad es alto en la sección o salida de enfriamiento, lo que causa una ligera oxidación. Deben verificarse las cortinas de incendio de salida, los sellos de la sección de enfriamiento y el flujo de la atmósfera.