產品脫碳這個現象，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，大家就當再溫習一遍吧~

      鋼材在脫碳氣氛中加熱時，根據其脫碳程度可以分為全脫碳層與半脫碳層兩類。

     當鋼材表面碳被基本燒損，表層呈現全部鐵素體晶粒時，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”中相關規定。

圖3 GB/T 224-2019 鋼的脫碳層深度測定法

     對于結構鋼、工具鋼來說，表面脫碳是一種有害缺陷，它不僅使零件機械性能（硬度、強度、耐磨性、疲勞強度等）下降，在使用中發生早期失效，而且由于脫碳層中存在著很大的殘余拉應力，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，與鋼材的成分、加熱時間、加熱溫度與介質條件等有關。

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

圖6 脫碳層的結構

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

 在強烈氧化性氣氛中加熱時，表面脫碳與表面氧化將同時發生，此時脫碳的結構參閱圖6。

     在鋼件表面自內向外為：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當是（2）層與（4）層之和。由于碳從表面定向地發生下坡擴散，全脫碳層的鐵素體發生定向再結晶形成柱狀晶粒，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。當溫度超過A1點時，脫碳層深度急劇升高。當溫度大于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系（停留5小時）

     在真空及中性保護氣氛或介質中進行加熱都可以預防表面脫碳。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。

圖9 真空爐

     鋼制零件的半成品（精鍛件）及成品發生脫碳后，可以在含碳氣氛中加熱，表面復碳碳勢設置則取決于表面需要達到的碳勢值。

     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。在生產上遇到這種現象時，我們都應想盡辦法去解決它。