第章鍛造的加熱課件

第章鍛造的加熱第章鍛造的加熱3.1一般加熱方法

加熱方法：火焰加熱和電加熱1、火焰加熱利用燃料燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱量，通過(guò)對(duì)流、輻射加熱坯料。燃料來(lái)源方便、加熱爐修造容易、加熱費(fèi)低、適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：勞動(dòng)條件差，加熱速度慢，質(zhì)量低、熱效率低。應(yīng)用范圍：大、中、小型坯料。3.1一般加熱方法 加熱方法：火焰加熱和電加熱

2電加熱利用電能轉(zhuǎn)換熱能來(lái)加熱坯料。電阻加熱和感應(yīng)加熱。1）電阻加熱電阻加熱與火焰加熱原理相同，根據(jù)發(fā)熱元件的不同分為：電阻爐加熱、鹽浴爐加熱、接觸電加熱2電加熱圖3.1電阻爐原理圖1－電熱體2－坯料3－變壓器電阻爐加熱原理：利用電流通過(guò)爐內(nèi)的電熱體產(chǎn)生的能量，加熱爐內(nèi)的金屬坯料。原理如圖3.1。電熱體材料：鐵鉻鋁合金、鎳鉻合金。碳化硅、二硅化鉬電熱元件。圖3.1電阻爐原理圖電阻爐加熱原理：利用圖3.2電極鹽浴爐原理圖1－電熱體2－高溫計(jì)3電極4－熔鹽5－坯料6－變壓器鹽浴爐加熱原理：電流通過(guò)爐內(nèi)電極產(chǎn)生的熱量把導(dǎo)電介質(zhì)——鹽熔融，通過(guò)高溫介質(zhì)的對(duì)流與傳導(dǎo)將埋入介質(zhì)中的金屬加熱。鹽浴爐功能用于工件的淬火、正火加熱、局部加熱淬火、化學(xué)熱處理、分級(jí)淬火和等溫淬火、回火等。

鹽浴爐加熱的優(yōu)點(diǎn)：升溫快、加熱均勻，可以實(shí)現(xiàn)金屬坯料整體或局部的無(wú)氧化加熱。鹽浴爐加熱的缺點(diǎn)：熱效率低、輔助材料消耗大、勞動(dòng)條件差。圖3.2電極鹽浴爐原理圖鹽浴爐加熱原理：圖3.3接觸電加熱原理圖1－變壓器2－坯料3－觸頭●接觸電加熱的加熱原理：以低電壓（一般為2～15V）大電流直接通過(guò)金屬坯料，由坯料自身電阻在通過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生的熱量加熱金屬坯料。原理如圖3.3?！窠佑|電加熱的優(yōu)點(diǎn):速度快、燒損少、加熱范圍不受限制、熱效率高、耗電少、成本低、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、使用于長(zhǎng)坯料的整體或局部加熱的優(yōu)點(diǎn)?！窠佑|電加熱的缺點(diǎn)：對(duì)坯料的表面粗糙度和形狀尺寸要求嚴(yán)格。加熱溫度的測(cè)量和控制也比較困難。圖3.3接觸電加熱原理圖●接觸電加熱的加熱原理：

圖3.4感應(yīng)電加熱原理圖1－感應(yīng)器2－坯料3－電源2）感應(yīng)加熱坯料放入通過(guò)交變電流的螺旋線圈內(nèi)，利用電磁感應(yīng)發(fā)熱直接加熱。速度快、質(zhì)量好、溫度易控制、燒損少、易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。適于精密成形的加熱。投資費(fèi)用高，加熱的坯料尺寸范圍窄、電能消耗大。圖3.4感應(yīng)電加熱原理圖2）感應(yīng)加熱坯料放3.2少、無(wú)氧化火焰加熱3.2.1少、無(wú)氧化加熱減少金屬的氧化燒損（使燒損量小于5％）和脫碳，限制氧化皮厚度在0.05～0.06mm以下。提高加熱質(zhì)量，提高鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量、提高模具壽命?？焖偌訜帷⑸贌o(wú)氧化火焰加熱和介質(zhì)保護(hù)加熱。3.2少、無(wú)氧化火焰加熱3.2.1少、無(wú)氧化加熱3.2.2少、無(wú)氧化火焰加熱采用火焰加熱的方法，通過(guò)控制燃燒爐氣的性質(zhì)，使鋼料加熱且少無(wú)氧化。這就稱為少無(wú)氧化火焰加熱?；鹧婕訜釙r(shí)，主要化學(xué)反應(yīng)為：Fe+O2→2FeOFe3C+O2→Fe+CO2Fe+CO2→Fe+COFe3C+CO2→Fe+2COFe+H2O→FeO+H2Fe3C+H2O→3Fe+CO+H23.2.2少、無(wú)氧化火焰加熱1）反應(yīng)是可逆反應(yīng)，向右：氧化反應(yīng)，向左：還原反應(yīng)。2）加熱時(shí)，與空氣消耗系數(shù)有關(guān)?？諝庀南禂?shù)α

：又稱空氣過(guò)剩系數(shù)，是燃料燃燒時(shí)實(shí)際供給的空氣量與理論計(jì)算空氣量之比。3）空氣充足時(shí)，爐氣呈氧化性，空氣不足時(shí)，爐氣呈還原性。4）控制反應(yīng)前后的生成物與反應(yīng)物的濃度比。爐氣和被加熱鋼材的平衡圖如下：（圖3.5）

1）反應(yīng)是可逆反應(yīng)，向右：氧化反應(yīng)，向左：還原反應(yīng)。圖3.5爐氣和被加熱鋼材的平衡圖

AB線：爐氣為氧化性和還原性的分界線。鍛造加熱爐（爐溫1000～1300℃），α降到0.5或更低時(shí)，才會(huì)形成加熱爐正常工作條件的無(wú)氧化氣體，這時(shí)的爐氣成分應(yīng)保持為：圖3.5爐氣和被加熱鋼材的平衡圖AB線：爐氣為氧3.3鋼加熱時(shí)的缺陷及防止措施氧化、脫碳；過(guò)熱、過(guò)燒；裂紋、開(kāi)裂。3.3鋼加熱時(shí)的缺陷及防止措施氧化、脫碳；過(guò)熱、過(guò)燒；裂紋3.3.1氧化、脫碳、增碳1、氧化1）金屬在高溫加熱時(shí)，表層中的離子和爐內(nèi)的氧化性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使表面生成氧化物，這種現(xiàn)象叫氧化，也叫燒損。2）氧化的實(shí)質(zhì)是一種擴(kuò)散過(guò)程。3）影響氧化的因素 金屬化學(xué)成分、爐氣成分、加熱溫度、加熱時(shí)間。4）減少或消除加熱時(shí)金屬氧化的措施：快速加熱、控制加熱爐氣的性質(zhì)、爐內(nèi)應(yīng)保持不大的正壓力、介質(zhì)保護(hù)加熱。3.3.1氧化、脫碳、增碳2脫碳坯料在加熱時(shí)，其表層的碳和爐氣中的氧化性氣體以及某些還原性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成坯料表層的含碳量減少，這一表層常稱脫碳層，這種缺陷既為脫碳。3增碳

由于油和空氣混合得不太好，燃燒不完全，在坯料表面形成還原性的滲碳?xì)夥?，因而產(chǎn)生增碳現(xiàn)象。不良影響：鍛件力學(xué)性能變壞，在機(jī)械加工時(shí)易打刀。2脫碳坯料在加熱時(shí)，其表層的碳和爐氣中的氧化性氣3.3.2過(guò)熱和過(guò)燒1、過(guò)熱當(dāng)鋼加熱超過(guò)某一溫度時(shí)，或在高溫下停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)引起奧氏體晶粒迅速長(zhǎng)大，這種現(xiàn)象稱為過(guò)熱。 a)鍛造變形大時(shí)，晶粒粗大組織一般可以消除。 b)鍛造變形小時(shí)，終鍛溫度高，鍛后冷卻時(shí)出現(xiàn)非正常組織。使強(qiáng)度和沖擊韌性降低。c)增加生產(chǎn)周期和費(fèi)用。防止措施：遵守加熱規(guī)范，控制加熱溫度和加熱時(shí)間。避免截面尺寸相差大的坯料同爐加熱?？刂茽t氣的氧化性氣體。3.3.2過(guò)熱和過(guò)燒1、過(guò)熱2過(guò)燒當(dāng)坯料加熱超過(guò)過(guò)熱溫度，并且在此溫度下停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不但引起奧氏體晶粒迅速長(zhǎng)大，而且還有氧化性氣體滲入晶界，這種缺陷稱為過(guò)燒。過(guò)燒時(shí)易形成易熔共晶氧化物，晶界局部熔化，使晶粒間結(jié)合完全破壞。過(guò)燒是加熱的致命缺陷，最后使坯料報(bào)廢。如坯料只發(fā)生局部過(guò)燒，可將過(guò)燒的部分切除。防止措施：遵守加熱規(guī)范，控制加熱溫度以及限制坯料在高溫時(shí)的停留時(shí)間。2過(guò)燒當(dāng)坯料加熱超過(guò)過(guò)熱溫度，并且在此溫度下停留時(shí)3.3.3裂紋如果坯料在加熱過(guò)程的某一溫度下，拉應(yīng)力超過(guò)它的強(qiáng)度極限，那么就要產(chǎn)生裂紋。產(chǎn)生裂紋的原因：溫度應(yīng)力；組織應(yīng)力；殘余應(yīng)力。3.3.3裂紋如果坯料在加熱過(guò)程的某一溫度下，拉應(yīng)3.4鍛造溫度范圍的確定鍛造溫度范圍是指坯料開(kāi)始鍛造時(shí)的溫度和結(jié)束鍛造時(shí)的溫度之間的溫度區(qū)間。確定鍛造溫度范圍的原則： 使金屬具有良好塑性和較低的變形抗力；保證鍛件質(zhì)量； 鍛造溫度范圍盡可能寬。確定鍛造溫度范圍的方法：以合金平衡相圖為基礎(chǔ)，參考塑性圖、抗力圖和再結(jié)晶圖，由塑性、質(zhì)量和變形抗力三個(gè)方面加以綜合分析。碳鋼鍛造溫度范圍的確定參見(jiàn)下圖：3.4鍛造溫度范圍的確定鍛造溫度范圍是指坯料開(kāi)始鍛確定鍛造溫度范圍的方法： 以合金平衡相圖為基礎(chǔ)，參考塑性圖、抗力圖和再結(jié)晶圖，由塑性、質(zhì)量和變形抗力三個(gè)方面加以綜合分析。碳鋼鍛造溫度范圍的確定參見(jiàn)下圖：確定鍛造溫度范圍的方法：圖3.6碳鋼的鍛造溫度范圍

圖3.6碳鋼的鍛造溫度范圍表3-5常用鋼的鍛造溫度范圍表3-5常用鋼的鍛造溫度范圍3.5鋼的加熱規(guī)范3.5.1金屬加熱規(guī)范制定的原則和方法加熱規(guī)范加熱規(guī)范（加熱制度）：爐溫－時(shí)間的變化曲線（有稱加熱曲線）表示加熱規(guī)范。加熱規(guī)范類(lèi)型：一段、二段、三段、四段、五段。參見(jiàn)下圖：（圖3.7）

制定加熱規(guī)范的基本原則優(yōu)質(zhì)、高效、低消耗。制定加熱規(guī)范的方法加熱規(guī)范的要素：溫度、速度和時(shí)間。加熱三階段：預(yù)熱、加熱和保溫。3.5鋼的加熱規(guī)范3.5.1金屬加熱規(guī)范制定的原則和方法

圖3.7鍛造加熱類(lèi)型圖3.7鍛造加熱類(lèi)型（1）裝料爐溫裝料爐溫決于溫度應(yīng)力，與鋼的導(dǎo)溫性和坯料的大小有關(guān)。導(dǎo)溫性好，尺寸小的鋼材，裝爐溫度不受限制。而導(dǎo)溫性差，尺寸大的鋼材，則應(yīng)規(guī)定裝爐溫度，并在該溫度下保溫一定時(shí)間。鋼錠加熱的裝爐溫度及保溫時(shí)間如下圖所示：（圖3.8）（1）裝料爐溫

圖3.8鋼錠加熱的裝爐溫度及保溫時(shí)間1－Ⅰ組冷錠的裝爐溫度2－Ⅱ組冷錠的裝爐溫度3－Ⅲ組冷錠的裝爐溫度4－熱錠的裝爐溫度返回 圖3.8鋼錠加熱的裝爐溫度及保溫時(shí)間返回（2）加熱速度加熱速度用單位時(shí)間內(nèi)金屬表面溫度升高的多少（℃/h）；或單位時(shí)間內(nèi)金屬截面熱透的數(shù)值mm2/min來(lái)表示。最大可能的加熱速度圓柱體坯料允許加熱速度[v]加熱導(dǎo)熱性好的坯料時(shí)，用最大的加熱速度加熱。加熱導(dǎo)熱性差的坯料時(shí)，在低溫階段，以坯料允許的加熱速度加熱，升到高溫后，按最大加熱速度加熱。

（2）加熱速度（3）保溫時(shí)間1）裝爐溫度下的保溫：防止金屬在溫度應(yīng)力作用下破壞。特別是鋼在200～400℃可能因藍(lán)脆而發(fā)生破壞。2）700～850℃的保溫：減少前段加熱后鋼料截面上的溫差，從而減少鋼料截面內(nèi)的溫度應(yīng)力和使鍛造溫度下的保溫時(shí)間不至過(guò)長(zhǎng)。3）鍛造溫度下的保溫：除減少鋼料的截面溫差使溫度均勻外，還借助擴(kuò)散作用，使組織均勻化。4）最小保溫時(shí)間和最大保溫時(shí)間。（3）保溫時(shí)間

最小保溫時(shí)間是指能夠使鋼料溫差達(dá)到規(guī)定的均勻程度所需的最短時(shí)間，可參考圖3.9和3.10。對(duì)于碳鋼，坯料溫差控制在50～100℃。合金鋼坯料溫差控制在40℃左右。

最大保溫時(shí)間是不產(chǎn)生過(guò)熱、過(guò)燒缺陷的最大允許保溫時(shí)間。最小保溫時(shí)間是指能夠使鋼料溫差達(dá)到規(guī)定的均勻程度所需圖3.9爐溫為1200℃時(shí)鋼料截面溫度差與溫度頭、坯料直徑的關(guān)系圖3.10均熱最小保溫時(shí)間與溫度頭坯料直徑的關(guān)系m坯料截面溫度差/℃/%最小保溫時(shí)間坯料表面加熱到始鍛溫度所需時(shí)間圖3.9爐溫為1200℃時(shí)鋼料截面溫度差與溫度頭、坯料直（4）加熱時(shí)間加熱時(shí)間為加熱各個(gè)階段保溫時(shí)間和升溫時(shí)間的總和。兩種確定加熱時(shí)間的方法：鋼材（或中小型鋼坯）的加熱時(shí)間在連續(xù)爐或半連續(xù)爐中加熱時(shí)間t可按下式確定：式中，0為與材料有關(guān)的系數(shù)。D為鋼材外徑或變長(zhǎng)。采用室式爐加熱時(shí)，對(duì)于直徑小于200mm的鋼坯，碳素鋼在室式爐中單個(gè)放置時(shí)的加熱時(shí)間如下圖所示：（4）加熱時(shí)間式中，0為與材料有關(guān)的系數(shù)。D為鋼材圖3.11碳素鋼在室式爐中單個(gè)放置時(shí)的加熱時(shí)間圖3.11碳素鋼在室式爐中單個(gè)放置時(shí)的加熱時(shí)間3.5.2鋼錠、鋼材與中小鋼坯的加熱規(guī)范1）鋼錠的加熱規(guī)范大型鋼錠：多段加熱規(guī)范小型碳素鋼和低合金鋼錠：一段快速加熱規(guī)范高合金鋼小錠：多段加熱規(guī)范熱錠：以最大的加熱速度進(jìn)行加熱。2）鋼材與小鋼坯的加熱規(guī)范：直徑小于150～200mm的碳素結(jié)構(gòu)鋼材和直徑小于100mm的合金結(jié)構(gòu)鋼材，采用一段加熱規(guī)范。直徑為200～350mm的碳素結(jié)構(gòu)鋼坯（含碳量大于0.45～0.50%）和合金結(jié)構(gòu)鋼坯，采用三段加熱規(guī)范。對(duì)于導(dǎo)溫性差、熱敏感性強(qiáng)的高合金鋼坯（如高鉻鋼、高速鋼），則需采取低溫裝爐，裝爐溫度為400～650℃。3.5.2鋼錠、鋼材與中小鋼坯的加熱規(guī)范3.6鋼鍛后的冷卻金屬的鍛后冷卻：終鍛溫度→室溫3.6.1鍛件冷卻時(shí)常見(jiàn)缺陷裂紋、網(wǎng)狀碳化物、白點(diǎn)3.6鋼鍛后的冷卻金屬的鍛后冷卻：終鍛溫度→室溫3.6.1鍛1）：裂紋鍛件在冷卻過(guò)程中，由于溫度應(yīng)力、組織應(yīng)力以及殘余應(yīng)力之和超過(guò)材料的強(qiáng)度極限而形成裂紋。（1）溫度應(yīng)力初期：表層受拉應(yīng)力、心部受壓應(yīng)力。冷卻后期：心部受拉應(yīng)力，表層受壓應(yīng)力。鍛件冷卻過(guò)程中軸向溫度應(yīng)力變化和分布示意圖如下。（2）組織應(yīng)力由于相變前后組織的比容不同而產(chǎn)生。冷卻時(shí)的組織應(yīng)力：三向應(yīng)力狀態(tài)，且切向應(yīng)力最大，這就是有時(shí)引起表面縱裂的原因之一。（3）殘余應(yīng)力坯料在鍛造過(guò)程中，由于變形不均勻和加工硬化所引起的內(nèi)應(yīng)力。1）：裂紋圖3.12鍛件冷卻過(guò)程中軸向溫度應(yīng)力變化和分布示意圖a)軟鋼鍛件b)硬鋼鍛件1-表面應(yīng)力2-心部應(yīng)力圖3.12鍛件冷卻過(guò)程中軸向溫度應(yīng)力變化和分布示意圖2）網(wǎng)狀碳化物過(guò)共析鋼、軸承鋼、奧氏體不銹鋼在鍛后冷卻時(shí)易產(chǎn)生網(wǎng)狀碳化物。3）白點(diǎn)白點(diǎn)是一種內(nèi)部缺陷。白點(diǎn)是在鋼的縱向呈圓形或橢形的銀白色斑點(diǎn)，合金鋼白點(diǎn)的色澤光亮，碳素鋼白點(diǎn)較暗。白點(diǎn)橫向呈細(xì)小的裂紋。白點(diǎn)呈純脆性。2）網(wǎng)狀碳化物冷卻方式主要有一下幾種。1．空冷：在空氣中冷卻，速度較快。2．坑（箱）冷：鍛件鍛后放到地坑或鐵箱中封閉冷卻，或埋入坑中砂子、石灰或爐渣內(nèi)冷卻。3．爐冷：鍛件鍛后直接裝入爐中按一定的冷卻規(guī)范緩慢冷卻。3.6.2鍛件的冷卻規(guī)范冷卻方式主要有一下幾種。3.6.2鍛件的冷卻規(guī)范3.7中小鋼鍛件的熱處理3.7.1退火退火是將鋼加熱到一定的溫度，保溫一定的時(shí)間后緩慢冷卻下來(lái)的熱處理工藝方法。退火的主要目的有：1）降低硬度，改善切削加工性。2）細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能。3）消除內(nèi)應(yīng)力，防止鍛件變形或開(kāi)裂，穩(wěn)定工件尺寸，減少淬火時(shí)變形或開(kāi)裂的傾向。4）提高塑性、便于冷加工。中小鍛件常用的退火有完全退火（通常稱退火）和球化退火（不完全退火）兩種。3.7中小鋼鍛件的熱處理3.7.1退火3.7.2正火正火是將亞共析鋼加熱到Ac3+(30～50)℃、過(guò)共析鋼加熱到Accm+(30～50)℃,保溫一定時(shí)間后在空氣中冷卻的熱處理工藝方法。正火的主要應(yīng)用有：1）作為普通結(jié)構(gòu)鋼鍛件最終熱處理，可細(xì)化晶粒、提高力學(xué)性能。2）作為低中碳結(jié)構(gòu)鋼的預(yù)熱處理，可獲得合適的硬度，有利于切削加工。3）可以抑制或消除過(guò)共析鋼網(wǎng)狀二次滲碳體的形成。正火比退火生產(chǎn)周期短，節(jié)省能源，所以低碳鋼多采用正火而不采用退火。正火后鍛件硬度較高，為了降低硬度還應(yīng)進(jìn)行高溫回火。各種鍛件熱處理加熱溫度范圍示意圖如下：3.7.2正火圖3.12各種鍛件熱處理加熱溫度范圍示意圖圖3.12各種鍛件熱處理加熱溫度范圍示意圖

3.7.3淬火、回火、調(diào)質(zhì)淬火是將鍛件加熱到Ac3+(30～50)℃（亞共析鋼）或Ac1～Acm之間（過(guò)共析鋼），經(jīng)保溫后進(jìn)行急冷?；鼗鹗菍㈠懠訜岬紸c1以下某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后空冷或快冷。中碳鋼或中碳低合金鋼的調(diào)質(zhì)處理：淬火＋高溫回火。調(diào)質(zhì)處理主要用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是在交變載荷下工作的連桿、連接螺栓、齒輪及曲軸等。對(duì)于高溫合金及鋁合金，為了提高塑性與韌性，需進(jìn)行固溶處理；為了提高合金的強(qiáng)度和硬度，需進(jìn)行時(shí)效處理。3.7.3淬火、回火、調(diào)質(zhì)3.7.4鍛件余熱熱處理鍛件余熱熱處理：鍛后利用鍛件自身熱量直接進(jìn)行熱處理。鍛件余熱熱處理分為：不等冷卻直接裝入熱處理爐，再按常規(guī)熱處理；鍛后立即進(jìn)行熱處理。鍛后立即進(jìn)行熱處理就叫作形變熱處理。3.7.4鍛件余熱熱處理1、鋁合金分類(lèi)鑄造鋁合金和變形鋁合金；防銹鋁、硬鋁、超硬鋁和鍛鋁。2、鋁合金的加熱規(guī)范a)鍛造溫度范圍窄；b)模鍛過(guò)程的時(shí)間無(wú)需加以限制；c)嚴(yán)格控制加熱溫度。3.8鋁合金和銅合金的加熱規(guī)范1、鋁合金分類(lèi)3.8鋁合金和銅合金的加熱規(guī)范1、銅合金分類(lèi) 黃銅、青銅和白銅。2、銅合金加熱規(guī)范和鍛造 a)銅合金種類(lèi)不同，可鍛性差異很大。黃銅在高溫下具有良好的塑性和不大的變形抗力，所需的鍛壓力比普通碳鋼小。青銅的組織比黃銅復(fù)雜，塑性也比黃銅低，鍛造青銅比鍛造黃銅困難。b)銅合金的鍛造溫度范圍窄。 c)銅合金毛坯要加熱到鍛造溫度上限。1、銅合金分類(lèi)作業(yè)1：1、金屬鍛前加熱的主要缺陷有哪幾種？他們產(chǎn)生的原因是什么？有哪些防止措施？2、簡(jiǎn)述圖2.3全封閉剪切下料裝置工作原理。（要求畫(huà)裝置圖）3、什么是金屬的磷化-皂化工藝？為什要采用此工藝？作業(yè)下周四交。作業(yè)1：1、金屬鍛前加熱的主要缺陷有哪幾種？他們產(chǎn)生的原因是什么？有哪些防止措施？答：鍛前加熱主要缺陷有：氧化、脫碳、增碳、火熱、過(guò)燒、裂紋等。產(chǎn)生原因：P50-54；防止措施：P50-54；1、金屬鍛前加熱的主要缺陷有哪幾種？他們產(chǎn)生的原因是什么？有2、簡(jiǎn)述圖2.3全封閉剪切下料裝置工作原理。（要求畫(huà)裝置圖）答：裝置結(jié)構(gòu)如右圖所示?；瑝K5推動(dòng)動(dòng)模部分（件4、3、7、6、8、9）下行，在切刃1和2作用下將坯料14剪斷。同時(shí)在斜面11的作用下，件9右移壓縮彈簧7，當(dāng)動(dòng)模部分下移到下始點(diǎn)時(shí)，彈簧7推動(dòng)件6，將剪斷的坯料從支座1的孔中推出。當(dāng)滑塊5回程時(shí)，彈簧13推動(dòng)動(dòng)模部分回位到初始狀態(tài)，為下一次剪切做好準(zhǔn)備。2、簡(jiǎn)述圖2.3全封閉剪切下料裝置工作原理。（要求畫(huà)裝置圖）第章鍛造的加熱第章鍛造的加熱3.1一般加熱方法

加熱方法：火焰加熱和電加熱1、火焰加熱利用燃料燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱量，通過(guò)對(duì)流、輻射加熱坯料。燃料來(lái)源方便、加熱爐修造容易、加熱費(fèi)低、適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：勞動(dòng)條件差，加熱速度慢，質(zhì)量低、熱效率低。應(yīng)用范圍：大、中、小型坯料。3.1一般加熱方法 加熱方法：火焰加熱和電加熱

2電加熱利用電能轉(zhuǎn)換熱能來(lái)加熱坯料。電阻加熱和感應(yīng)加熱。1）電阻加熱電阻加熱與火焰加熱原理相同，根據(jù)發(fā)熱元件的不同分為：電阻爐加熱、鹽浴爐加熱、接觸電加熱2電加熱圖3.1電阻爐原理圖1－電熱體2－坯料3－變壓器電阻爐加熱原理：利用電流通過(guò)爐內(nèi)的電熱體產(chǎn)生的能量，加熱爐內(nèi)的金屬坯料。原理如圖3.1。電熱體材料：鐵鉻鋁合金、鎳鉻合金。碳化硅、二硅化鉬電熱元件。圖3.1電阻爐原理圖電阻爐加熱原理：利用圖3.2電極鹽浴爐原理圖1－電熱體2－高溫計(jì)3電極4－熔鹽5－坯料6－變壓器鹽浴爐加熱原理：電流通過(guò)爐內(nèi)電極產(chǎn)生的熱量把導(dǎo)電介質(zhì)——鹽熔融，通過(guò)高溫介質(zhì)的對(duì)流與傳導(dǎo)將埋入介質(zhì)中的金屬加熱。鹽浴爐功能用于工件的淬火、正火加熱、局部加熱淬火、化學(xué)熱處理、分級(jí)淬火和等溫淬火、回火等。

鹽浴爐加熱的優(yōu)點(diǎn)：升溫快、加熱均勻，可以實(shí)現(xiàn)金屬坯料整體或局部的無(wú)氧化加熱。鹽浴爐加熱的缺點(diǎn)：熱效率低、輔助材料消耗大、勞動(dòng)條件差。圖3.2電極鹽浴爐原理圖鹽浴爐加熱原理：圖3.3接觸電加熱原理圖1－變壓器2－坯料3－觸頭●接觸電加熱的加熱原理：以低電壓（一般為2～15V）大電流直接通過(guò)金屬坯料，由坯料自身電阻在通過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生的熱量加熱金屬坯料。原理如圖3.3。●接觸電加熱的優(yōu)點(diǎn):速度快、燒損少、加熱范圍不受限制、熱效率高、耗電少、成本低、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、使用于長(zhǎng)坯料的整體或局部加熱的優(yōu)點(diǎn)。●接觸電加熱的缺點(diǎn)：對(duì)坯料的表面粗糙度和形狀尺寸要求嚴(yán)格。加熱溫度的測(cè)量和控制也比較困難。圖3.3接觸電加熱原理圖●接觸電加熱的加熱原理：

圖3.4感應(yīng)電加熱原理圖1－感應(yīng)器2－坯料3－電源2）感應(yīng)加熱坯料放入通過(guò)交變電流的螺旋線圈內(nèi)，利用電磁感應(yīng)發(fā)熱直接加熱。速度快、質(zhì)量好、溫度易控制、燒損少、易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。適于精密成形的加熱。投資費(fèi)用高，加熱的坯料尺寸范圍窄、電能消耗大。圖3.4感應(yīng)電加熱原理圖2）感應(yīng)加熱坯料放3.2少、無(wú)氧化火焰加熱3.2.1少、無(wú)氧化加熱減少金屬的氧化燒損（使燒損量小于5％）和脫碳，限制氧化皮厚度在0.05～0.06mm以下。提高加熱質(zhì)量，提高鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量、提高模具壽命?？焖偌訜帷⑸贌o(wú)氧化火焰加熱和介質(zhì)保護(hù)加熱。3.2少、無(wú)氧化火焰加熱3.2.1少、無(wú)氧化加熱3.2.2少、無(wú)氧化火焰加熱采用火焰加熱的方法，通過(guò)控制燃燒爐氣的性質(zhì)，使鋼料加熱且少無(wú)氧化。這就稱為少無(wú)氧化火焰加熱。火焰加熱時(shí)，主要化學(xué)反應(yīng)為：Fe+O2→2FeOFe3C+O2→Fe+CO2Fe+CO2→Fe+COFe3C+CO2→Fe+2COFe+H2O→FeO+H2Fe3C+H2O→3Fe+CO+H23.2.2少、無(wú)氧化火焰加熱1）反應(yīng)是可逆反應(yīng)，向右：氧化反應(yīng)，向左：還原反應(yīng)。2）加熱時(shí)，與空氣消耗系數(shù)有關(guān)?？諝庀南禂?shù)α

：又稱空氣過(guò)剩系數(shù)，是燃料燃燒時(shí)實(shí)際供給的空氣量與理論計(jì)算空氣量之比。3）空氣充足時(shí)，爐氣呈氧化性，空氣不足時(shí)，爐氣呈還原性。4）控制反應(yīng)前后的生成物與反應(yīng)物的濃度比。爐氣和被加熱鋼材的平衡圖如下：（圖3.5）

1）反應(yīng)是可逆反應(yīng)，向右：氧化反應(yīng)，向左：還原反應(yīng)。圖3.5爐氣和被加熱鋼材的平衡圖

AB線：爐氣為氧化性和還原性的分界線。鍛造加熱爐（爐溫1000～1300℃），α降到0.5或更低時(shí)，才會(huì)形成加熱爐正常工作條件的無(wú)氧化氣體，這時(shí)的爐氣成分應(yīng)保持為：圖3.5爐氣和被加熱鋼材的平衡圖AB線：爐氣為氧3.3鋼加熱時(shí)的缺陷及防止措施氧化、脫碳；過(guò)熱、過(guò)燒；裂紋、開(kāi)裂。3.3鋼加熱時(shí)的缺陷及防止措施氧化、脫碳；過(guò)熱、過(guò)燒；裂紋3.3.1氧化、脫碳、增碳1、氧化1）金屬在高溫加熱時(shí)，表層中的離子和爐內(nèi)的氧化性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使表面生成氧化物，這種現(xiàn)象叫氧化，也叫燒損。2）氧化的實(shí)質(zhì)是一種擴(kuò)散過(guò)程。3）影響氧化的因素 金屬化學(xué)成分、爐氣成分、加熱溫度、加熱時(shí)間。4）減少或消除加熱時(shí)金屬氧化的措施：快速加熱、控制加熱爐氣的性質(zhì)、爐內(nèi)應(yīng)保持不大的正壓力、介質(zhì)保護(hù)加熱。3.3.1氧化、脫碳、增碳2脫碳坯料在加熱時(shí)，其表層的碳和爐氣中的氧化性氣體以及某些還原性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成坯料表層的含碳量減少，這一表層常稱脫碳層，這種缺陷既為脫碳。3增碳

由于油和空氣混合得不太好，燃燒不完全，在坯料表面形成還原性的滲碳?xì)夥眨蚨a(chǎn)生增碳現(xiàn)象。不良影響：鍛件力學(xué)性能變壞，在機(jī)械加工時(shí)易打刀。2脫碳坯料在加熱時(shí)，其表層的碳和爐氣中的氧化性氣3.3.2過(guò)熱和過(guò)燒1、過(guò)熱當(dāng)鋼加熱超過(guò)某一溫度時(shí)，或在高溫下停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)引起奧氏體晶粒迅速長(zhǎng)大，這種現(xiàn)象稱為過(guò)熱。 a)鍛造變形大時(shí)，晶粒粗大組織一般可以消除。 b)鍛造變形小時(shí)，終鍛溫度高，鍛后冷卻時(shí)出現(xiàn)非正常組織。使強(qiáng)度和沖擊韌性降低。c)增加生產(chǎn)周期和費(fèi)用。防止措施：遵守加熱規(guī)范，控制加熱溫度和加熱時(shí)間。避免截面尺寸相差大的坯料同爐加熱?？刂茽t氣的氧化性氣體。3.3.2過(guò)熱和過(guò)燒1、過(guò)熱2過(guò)燒當(dāng)坯料加熱超過(guò)過(guò)熱溫度，并且在此溫度下停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不但引起奧氏體晶粒迅速長(zhǎng)大，而且還有氧化性氣體滲入晶界，這種缺陷稱為過(guò)燒。過(guò)燒時(shí)易形成易熔共晶氧化物，晶界局部熔化，使晶粒間結(jié)合完全破壞。過(guò)燒是加熱的致命缺陷，最后使坯料報(bào)廢。如坯料只發(fā)生局部過(guò)燒，可將過(guò)燒的部分切除。防止措施：遵守加熱規(guī)范，控制加熱溫度以及限制坯料在高溫時(shí)的停留時(shí)間。2過(guò)燒當(dāng)坯料加熱超過(guò)過(guò)熱溫度，并且在此溫度下停留時(shí)3.3.3裂紋如果坯料在加熱過(guò)程的某一溫度下，拉應(yīng)力超過(guò)它的強(qiáng)度極限，那么就要產(chǎn)生裂紋。產(chǎn)生裂紋的原因：溫度應(yīng)力；組織應(yīng)力；殘余應(yīng)力。3.3.3裂紋如果坯料在加熱過(guò)程的某一溫度下，拉應(yīng)3.4鍛造溫度范圍的確定鍛造溫度范圍是指坯料開(kāi)始鍛造時(shí)的溫度和結(jié)束鍛造時(shí)的溫度之間的溫度區(qū)間。確定鍛造溫度范圍的原則： 使金屬具有良好塑性和較低的變形抗力；保證鍛件質(zhì)量； 鍛造溫度范圍盡可能寬。確定鍛造溫度范圍的方法：以合金平衡相圖為基礎(chǔ)，參考塑性圖、抗力圖和再結(jié)晶圖，由塑性、質(zhì)量和變形抗力三個(gè)方面加以綜合分析。碳鋼鍛造溫度范圍的確定參見(jiàn)下圖：3.4鍛造溫度范圍的確定鍛造溫度范圍是指坯料開(kāi)始鍛確定鍛造溫度范圍的方法： 以合金平衡相圖為基礎(chǔ)，參考塑性圖、抗力圖和再結(jié)晶圖，由塑性、質(zhì)量和變形抗力三個(gè)方面加以綜合分析。碳鋼鍛造溫度范圍的確定參見(jiàn)下圖：確定鍛造溫度范圍的方法：圖3.6碳鋼的鍛造溫度范圍

圖3.6碳鋼的鍛造溫度范圍表3-5常用鋼的鍛造溫度范圍表3-5常用鋼的鍛造溫度范圍3.5鋼的加熱規(guī)范3.5.1金屬加熱規(guī)范制定的原則和方法加熱規(guī)范加熱規(guī)范（加熱制度）：爐溫－時(shí)間的變化曲線（有稱加熱曲線）表示加熱規(guī)范。加熱規(guī)范類(lèi)型：一段、二段、三段、四段、五段。參見(jiàn)下圖：（圖3.7）

制定加熱規(guī)范的基本原則優(yōu)質(zhì)、高效、低消耗。制定加熱規(guī)范的方法加熱規(guī)范的要素：溫度、速度和時(shí)間。加熱三階段：預(yù)熱、加熱和保溫。3.5鋼的加熱規(guī)范3.5.1金屬加熱規(guī)范制定的原則和方法

圖3.7鍛造加熱類(lèi)型圖3.7鍛造加熱類(lèi)型（1）裝料爐溫裝料爐溫決于溫度應(yīng)力，與鋼的導(dǎo)溫性和坯料的大小有關(guān)。導(dǎo)溫性好，尺寸小的鋼材，裝爐溫度不受限制。而導(dǎo)溫性差，尺寸大的鋼材，則應(yīng)規(guī)定裝爐溫度，并在該溫度下保溫一定時(shí)間。鋼錠加熱的裝爐溫度及保溫時(shí)間如下圖所示：（圖3.8）（1）裝料爐溫

圖3.8鋼錠加熱的裝爐溫度及保溫時(shí)間1－Ⅰ組冷錠的裝爐溫度2－Ⅱ組冷錠的裝爐溫度3－Ⅲ組冷錠的裝爐溫度4－熱錠的裝爐溫度返回 圖3.8鋼錠加熱的裝爐溫度及保溫時(shí)間返回（2）加熱速度加熱速度用單位時(shí)間內(nèi)金屬表面溫度升高的多少（℃/h）；或單位時(shí)間內(nèi)金屬截面熱透的數(shù)值mm2/min來(lái)表示。最大可能的加熱速度圓柱體坯料允許加熱速度[v]加熱導(dǎo)熱性好的坯料時(shí)，用最大的加熱速度加熱。加熱導(dǎo)熱性差的坯料時(shí)，在低溫階段，以坯料允許的加熱速度加熱，升到高溫后，按最大加熱速度加熱。

（2）加熱速度（3）保溫時(shí)間1）裝爐溫度下的保溫：防止金屬在溫度應(yīng)力作用下破壞。特別是鋼在200～400℃可能因藍(lán)脆而發(fā)生破壞。2）700～850℃的保溫：減少前段加熱后鋼料截面上的溫差，從而減少鋼料截面內(nèi)的溫度應(yīng)力和使鍛造溫度下的保溫時(shí)間不至過(guò)長(zhǎng)。3）鍛造溫度下的保溫：除減少鋼料的截面溫差使溫度均勻外，還借助擴(kuò)散作用，使組織均勻化。4）最小保溫時(shí)間和最大保溫時(shí)間。（3）保溫時(shí)間

最小保溫時(shí)間是指能夠使鋼料溫差達(dá)到規(guī)定的均勻程度所需的最短時(shí)間，可參考圖3.9和3.10。對(duì)于碳鋼，坯料溫差控制在50～100℃。合金鋼坯料溫差控制在40℃左右。

最大保溫時(shí)間是不產(chǎn)生過(guò)熱、過(guò)燒缺陷的最大允許保溫時(shí)間。最小保溫時(shí)間是指能夠使鋼料溫差達(dá)到規(guī)定的均勻程度所需圖3.9爐溫為1200℃時(shí)鋼料截面溫度差與溫度頭、坯料直徑的關(guān)系圖3.10均熱最小保溫時(shí)間與溫度頭坯料直徑的關(guān)系m坯料截面溫度差/℃/%最小保溫時(shí)間坯料表面加熱到始鍛溫度所需時(shí)間圖3.9爐溫為1200℃時(shí)鋼料截面溫度差與溫度頭、坯料直（4）加熱時(shí)間加熱時(shí)間為加熱各個(gè)階段保溫時(shí)間和升溫時(shí)間的總和。兩種確定加熱時(shí)間的方法：鋼材（或中小型鋼坯）的加熱時(shí)間在連續(xù)爐或半連續(xù)爐中加熱時(shí)間t可按下式確定：式中，0為與材料有關(guān)的系數(shù)。D為鋼材外徑或變長(zhǎng)。采用室式爐加熱時(shí)，對(duì)于直徑小于200mm的鋼坯，碳素鋼在室式爐中單個(gè)放置時(shí)的加熱時(shí)間如下圖所示：（4）加熱時(shí)間式中，0為與材料有關(guān)的系數(shù)。D為鋼材圖3.11碳素鋼在室式爐中單個(gè)放置時(shí)的加熱時(shí)間圖3.11碳素鋼在室式爐中單個(gè)放置時(shí)的加熱時(shí)間3.5.2鋼錠、鋼材與中小鋼坯的加熱規(guī)范1）鋼錠的加熱規(guī)范大型鋼錠：多段加熱規(guī)范小型碳素鋼和低合金鋼錠：一段快速加熱規(guī)范高合金鋼小錠：多段加熱規(guī)范熱錠：以最大的加熱速度進(jìn)行加熱。2）鋼材與小鋼坯的加熱規(guī)范：直徑小于150～200mm的碳素結(jié)構(gòu)鋼材和直徑小于100mm的合金結(jié)構(gòu)鋼材，采用一段加熱規(guī)范。直徑為200～350mm的碳素結(jié)構(gòu)鋼坯（含碳量大于0.45～0.50%）和合金結(jié)構(gòu)鋼坯，采用三段加熱規(guī)范。對(duì)于導(dǎo)溫性差、熱敏感性強(qiáng)的高合金鋼坯（如高鉻鋼、高速鋼），則需采取低溫裝爐，裝爐溫度為400～650℃。3.5.2鋼錠、鋼材與中小鋼坯的加熱規(guī)范3.6鋼鍛后的冷卻金屬的鍛后冷卻：終鍛溫度→室溫3.6.1鍛件冷卻時(shí)常見(jiàn)缺陷裂紋、網(wǎng)狀碳化物、白點(diǎn)3.6鋼鍛后的冷卻金屬的鍛后冷卻：終鍛溫度→室溫3.6.1鍛1）：裂紋鍛件在冷卻過(guò)程中，由于溫度應(yīng)力、組織應(yīng)力以及殘余應(yīng)力之和超過(guò)材料的強(qiáng)度極限而形成裂紋。（1）溫度應(yīng)力初期：表層受拉應(yīng)力、心部受壓應(yīng)力。冷卻后期：心部受拉應(yīng)力，表層受壓應(yīng)力。鍛件冷卻過(guò)程中軸向溫度應(yīng)力變化和分布示意圖如下。（2）組織應(yīng)力由于相變前后組織的比容不同而產(chǎn)生。冷卻時(shí)的組織應(yīng)力：三向應(yīng)力狀態(tài)，且切向應(yīng)力最大，這就是有時(shí)引起表面縱裂的原因之一。（3）殘余應(yīng)力坯料在鍛造過(guò)程中，由于變形不均勻和加工硬化所引起的內(nèi)應(yīng)力。1）：裂紋圖3.12鍛件冷卻過(guò)程中軸向溫度應(yīng)力變化和分布示意圖a)軟鋼鍛件b)硬鋼鍛件1-表面應(yīng)力2-心部應(yīng)力圖3.12鍛件冷卻過(guò)程中軸向溫度應(yīng)力變化和分布示意圖2）網(wǎng)狀碳化物過(guò)共析鋼、軸承鋼、奧氏體不銹鋼在鍛后冷卻時(shí)易產(chǎn)生網(wǎng)狀碳化物。3）白點(diǎn)白點(diǎn)是一種內(nèi)部缺陷。白點(diǎn)是在鋼的縱向呈圓形或橢形的銀白色斑點(diǎn)，合金鋼白點(diǎn)的色澤光亮，碳素鋼白點(diǎn)較暗。白點(diǎn)橫向呈細(xì)小的裂紋。白點(diǎn)呈純脆性。2）網(wǎng)狀碳化物冷卻方式主要有一下幾種。1．空冷：在空氣中冷卻，速度較快。2．坑（箱）冷：鍛件鍛后放到地坑或鐵箱中封閉冷卻，或埋入坑中砂子、石灰或爐渣內(nèi)冷卻。3．爐冷：鍛件鍛后直接裝入爐中按一定的冷卻規(guī)范緩慢冷卻。3.6.2鍛件的冷卻規(guī)范冷卻方式主要有一下幾種。3.6.2鍛件的冷卻規(guī)范3.7中小鋼鍛件的熱處理3.7.1退火退火是將鋼加熱到一定的溫度，保溫一定的時(shí)間后緩慢冷卻下來(lái)的熱處理工藝方法。退火的主要目的有：1）降低硬度，改善切削加工性。2）細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能。3）消除內(nèi)應(yīng)力，防止鍛件變形或開(kāi)裂，穩(wěn)定工件尺寸，減少淬火時(shí)變形或開(kāi)裂的傾向。4）提高塑性、便于冷加工。中小鍛件常用的退火有完全退火（通常稱退火）和球化退火（不完全退火）兩種。