Page 34 - 理化检验-物理分册2021年第十期

龚志翔, 等: 加热过程中 H 2O ( g ) 含量对55SiCr 弹簧钢表面氧化层及脱碳行为的影响

图2 55SiCr弹簧钢在不同气氛下的 TG-DSC曲线

Fi g 2 TG-DSCcurvesof55SiCrs p rin g steelindifferentatmos p heres
-3 -3
a dr y air b waterva p orcontent5 77 g m c waterva p orcontent12 09 g m
含量越多, 氧化引起的质量变化增加越明显。 峰值。随温度继续升高, 铁素体脱碳层厚度随温度
2.2 气氛成分对脱碳层厚度的影响 增加而减小。混合气氛条件下, 铁素体脱碳层在

含有12.09g m H 2O () 的混合气氛与空气 650℃时开始出现; 空气条件下, 700℃时未观测到
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·
g
气氛下, 加热温度对钢坯表面铁素体脱碳层厚度的 铁素体脱碳层。混合气氛下试样表面铁素体脱碳层
影响曲线如图3a ) 所示。不同气氛条件下, 铁素体 厚度比空气气氛下更厚。脱碳层厚度与水汽含量关

脱碳层厚度随温度升高而变化的规律相似。随加热 系曲线如图3b ) 所示, 可见在保温时间为 60min 、

温度升高, 铁素体脱碳层厚度增加。两相区间铁素 保温温度为750~950 ℃ 条件下, 混合气氛中 H 2O
体脱碳最为严重, 850 ℃ 时铁素体脱碳层厚度达到 () 含量越多, 铁素体脱碳层厚度越厚。

g

图3 脱碳层厚度与温度及水汽含量的关系

Fi g 3 Relationshi p betweendecarbonizationla y erthicknessandtem p eratureandwaterva p orcontent

a relationshi p betweendecarburizationla y erthicknessandtem p erature b relationshi p betweendecarburizationla y er

thicknessandwaterva p orcontent
脱碳行为本质是固相中碳原子的扩散。碳原 方向, 铁素体脱碳层晶粒呈现为粗大柱状晶形貌。
子扩散系数随加热温度的升高而增大, 脱碳速率 850℃为两相区向奥氏体相区转变温度, 随温度升

逐渐增大, 钢坯脱碳层厚度不断增加 [ 18 ] 。铁素体 高两相区中的铁素体向奥氏体转变, 由于碳在奥
脱碳主要发生在两相区内, 受相变行为影响。当 氏体中的扩散速度远小于在铁素体中的扩散速

加热温度为 750~950 ℃ 时, 随着脱碳进行, 表面 度, 所以 850 ℃ 之 后 脱 碳 速 率 降 低。再 者, 钢 在

碳含量低于初始碳浓度, 组织平衡态被打破。体 900℃左右其氧化速率急速提升, 会大量烧损铁素
系要重新平衡, 必然有新的铁素体析出, 其优先在 体脱碳层 [ 19-20 ] 。诸多因素的综合作用下, 无论是
奥氏体晶界或未转变铁素体表面优先生长。但碳 混合气氛还是空气条件, 试样在 850 ℃ 时铁素体

的流失不断进行, 体系不断通过奥氏体向铁素体 脱碳层厚度均出现峰值。
相变的方式寻求平衡, 最终形成厚度均匀的铁素 2.3 气氛成分对氧化层的影响

体脱碳组织。晶粒的长大与扩散有关, 垂直于脱 分别在干空气和含有 12.17g m H 2O () 的
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·
g

碳表面的碳原子扩散方向成为铁素体生长的优势 混合气氛下, 将 55SiCr 弹簧钢试样于700℃时保温
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