氧化温度高于Cu的熔点,析出的新相是液相
Fe—Cu合金系
另一类具有不同氧化行为的合金,其基体组元比合金元素更活泼,
这类合金的氧化以Fe—Cu合金体系为例予以讨论。当Fe—Cu合金氧化时
,Cu不参与氧化,而是在金属一氧化膜界面形成富Cu层。当富Cu的金属
第二相在氧化膜一金属界面析出时,随着成膜过程的进行Cu的浓度超过
氧化温度下在合金中的溶解度,于是Cu的富集过程不断继续。如果氧化
温度低于Cu的熔点,析出的第二相为固相,由于Fe在Cu中的固溶度低,
因此可作为Fe的扩散障降低合金的氧化速率。
如果氧化温度高于Cu的熔点,析出的新相是液相,将沿晶界向合金
内渗透。含铜的钢轧制前的预热可能发生这一现象。钢中可能含有铜杂
质,也可利用铜作为提高其耐腐蚀性的合金元素。前一种情况可能来自
炼铁的矿石所含的微量铜,也可能来自回收的含铜废钢,后者则是有意
添加的。轧制含铜钢时,液相渗透的晶界因无法承受剪切或拉伸应力而
开裂,致使钢坯表面发生龟裂。结果,所获得的扁坯、方坯或锭坯都无
法继续加工,必须废弃或返回进行表面处理。这种现象被称为“热脆性
”。其他较不活泼的元素,如sn,As,Bi或sb等,也会导致钢的热脆性
。它们和Cu一样富集,降低第二相熔点。
可以通过几种途径来解决热脆性的问题。首先,监测炼钢炉中添料
的铜含量,如果需要,可以利用钢水或生铁稀释。其次,通过制订再热
工艺,使材料在敏感温度的加热时间较短。再次,在很高的温度下Cu的
内扩散变得比钢的氧化迅速,从而降低Cu在表面的富集程度。这种技术
并不常用,因为材料氧化会导致低的收得率。较后,同样会产生富集的
Ni可以增加Cu在富集层的溶解度,于是延迟了第二相的析出;或者,析
出相是富Ni的固相。以上所有途径中,前两种方法,即在冶炼阶段降低
Cu含量以及严格控制再热工艺,通常是较有效也是较经济的方法。