產(chǎn)品脫碳這個現(xiàn)象，相信大家在實際工作中都曾有遇到過。那么，對于脫碳過程的原理，您是否了解得很透徹呢？本期文章整理了“脫碳”這部分的理論知識，不管熟不熟悉，大家就當(dāng)再溫習(xí)一遍吧。

鋼材在脫碳?xì)夥罩屑訜釙r，根據(jù)其脫碳程度可以分為全脫碳層與半脫碳層兩類。

當(dāng)鋼材表面碳被基本燒損，表層呈現(xiàn)全部鐵素體晶粒時，稱為全脫碳層。圖1為共析碳鋼全脫碳層的金相組織。

圖1 共析鋼全脫碳層770℃，125X

半脫碳是指鋼材表面上的碳并未完全燒損，但已使表層含碳量低于鋼材的平均含碳量，如圖2所示。

圖2 共析鋼半脫碳層950℃，125X

脫碳層的測定方法見“GB/T 224-2019鋼的脫碳層深度測定法”中相關(guān)規(guī)定。

圖3 GB/T 224-2019 鋼的脫碳層深度測定法

對于結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼來說，表面脫碳是一種有害缺陷，它不僅使零件機(jī)械性能（硬度、強(qiáng)度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度等）下降，在使用中發(fā)生早期失效；而且由于脫碳層中存在著很大的殘余拉應(yīng)力，往往是加工過程中造成廢品的主要因素，如表面淬火裂紋，磨削裂紋。僅對于某些硅鋼片、鉻鎳奧氏體不銹鋼等才利用脫碳來改善材料的某些性能。

圖4 沿工件外圓的弧形裂紋

脫碳層的成分、深度及組織形態(tài)，與鋼材的成分、加熱時間、加熱溫度與介質(zhì)條件等有關(guān)。

圖5 不同含碳量鋼在不同溫度下脫碳層濃度分布

圖5指出不同含碳量的碳鋼，分別加熱到850℃、950℃保持不同時間表層奧氏體脫碳后碳濃度的變化。

在加熱時脫碳，使奧氏體內(nèi)碳濃度（由內(nèi)向外）連續(xù)的降低，如含碳0.64%鋼在850℃加熱，奧氏體碳濃度在0.64-b點之間連續(xù)變化。根據(jù)相律，當(dāng)溫度恒定時，不可能在該溫度下使碳濃度連續(xù)地進(jìn)入小于b點的α+γ=相區(qū)，只能以單相區(qū)形式存在，即在表層至內(nèi)層分為為鐵素體→脫碳的奧氏體→原始含碳量的奧氏體。 

圖6 脫碳層的結(jié)構(gòu)

1-氧化皮；2-可見脫碳層；3-過渡脫碳層

4-過渡層；2+4-全脫碳層

在強(qiáng)烈氧化性氣氛中加熱時，表面脫碳與表面氧化將同時發(fā)生，此時脫碳的結(jié)構(gòu)參閱圖6。

在鋼件表面自內(nèi)向外為：基體材料→半脫碳層（過渡層）→可見脫碳層→氧化皮。實際上，在過渡層外的可見脫碳層（2）并不是真實的脫碳層，其中（4）脫碳層又被進(jìn)一步氧化而成為氧化皮的一個組成部分，因此，實際的完全脫碳層應(yīng)當(dāng)是（2）層與（4）層之和。由于碳從表面定向地發(fā)生下坡擴(kuò)散，全脫碳層的鐵素體發(fā)生定向再結(jié)晶形成柱狀晶粒。如圖7所示。 

圖7 共析鋼全脫碳層770℃，125X

含碳0.6%鋼可見脫碳層的深度與溫度見圖8。當(dāng)溫度超過A1點時，脫碳層深度急劇升高。當(dāng)溫度大于850℃時，由于鋼的氧化速度急劇升高，并超過脫碳速度，從而使脫碳層的深度減小。 

圖8  含碳0.6%鋼在空氣中加熱，溫度與可見脫碳層的關(guān)系（停留5小時）

在真空及中性保護(hù)氣氛或介質(zhì)中進(jìn)行加熱都可以預(yù)防表面脫碳。對于原材料及鑄鍛件則要求脫碳深度在允許的加工余量范圍以內(nèi)。

圖9 真空爐

鋼制零件的半成品（精鍛件）及成品發(fā)生脫碳后，可以在含碳?xì)夥罩屑訜幔砻鎻?fù)碳碳勢設(shè)置則取決于表面需要達(dá)到的碳勢值。

脫碳作為降低工件表面碳含量的一種方式，對工件的性能一般都是有害的。在生產(chǎn)上遇到這種現(xiàn)象時，我們都應(yīng)想盡辦法去解決它。好的，本期文章到此就結(jié)束了，欲知后續(xù)精彩內(nèi)容，且看下期分解。