鍛造工藝學(xué)-3-鍛造的熱規(guī)范

第三章

鍛造的熱規(guī)范13-1

鍛前加熱一、加熱的目的提高金屬的塑性，降低其變形抗力。2趁熱打鐵才能成功？加熱很重要，但并非必需；加熱缺陷、熱脹冷縮（降低鍛件尺寸精度）；┖→冷成形工藝（冷鍛、冷鐓、冷擠…）回復(fù)與再結(jié)晶塑性指金屬在外力作用下發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力；塑性高，金屬具有的塑性成形適應(yīng)能力強(qiáng)，可產(chǎn)生的塑性變形大。對(duì)金屬施加的外力稱為變形力；金屬抵抗變形的力稱為變形抗力，它反映金屬變形的難易程度。影響塑性的因素應(yīng)力狀態(tài)對(duì)材料塑性的影響變形溫度的影響應(yīng)變速率的影響二、加熱方法51、火焰加熱（利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱量）爐子結(jié)構(gòu)：煤爐（偏拱反射爐，水封出渣）、油爐、煤氣爐（室狀爐）優(yōu)點(diǎn)：燃料來源方便，加熱爐結(jié)構(gòu)簡單，修造容易，成本低，加熱適應(yīng)性強(qiáng)（鋼、鋁、銅……）缺點(diǎn)：加熱質(zhì)量差，熱效率低，勞動(dòng)條件差火焰加熱6火焰加熱72、電加熱8優(yōu)點(diǎn)：勞動(dòng)條件好，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)化，升溫快，加熱質(zhì)量容易控制

缺點(diǎn)：適應(yīng)性差，設(shè)備復(fù)雜，費(fèi)用高電加熱分類、各自的應(yīng)用范圍高頻：100K-1000K

Hz9工頻：50

Hz中頻：500-10K

Hz3-2

加熱時(shí)產(chǎn)生的缺陷及防止措施10表層缺陷：氧化、脫碳、裂紋內(nèi)部缺陷：過熱、過燒、裂紋一、氧化11鋼在加熱時(shí)，表面上的合金元素與爐氣中的氧化性氣體（O2，CO2，H2O和SO2）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成氧化皮。氧化實(shí)質(zhì)上是一種擴(kuò)散過程：鐵以離子狀態(tài)從內(nèi)部向表面擴(kuò)散，氧以原子狀態(tài)吸附到鋼坯表面，并向內(nèi)部擴(kuò)散。121、氧化的危害13造成金屬燒損，每加熱一次燒損1.5-3%增加清理工序及清理設(shè)備影響鍛件質(zhì)量及尺寸精度降低模具壽命、降低切削刀具壽命2、影響氧化的因素14加熱溫度：溫度越高氧化越重；加熱時(shí)間：加熱時(shí)間越長，氧化越嚴(yán)重；爐氣成份：氧化性、中性、還原性氣氛；鋼本身的幾何形狀：表面積大則氧化重；鋼的化學(xué)成份―→鋼的化學(xué)成份：⑴ 含碳量大于0.3%氧化皮減少（C 與O

反應(yīng)生成還原性氣體CO）；⑵ 合金元素：Cr、Ni、Al、Mo能減緩氧化

(生成致密的氧化膜，透氣性?。?，Ni、Cr含量為13-20%則幾乎無氧化。153、防止氧化的措施16氧化需要時(shí)間和氧化性氣氛……快速加熱保護(hù)介質(zhì)加熱二、脫碳17加熱時(shí)鋼料表面的 C和爐氣中的氧化性氣體(O2，H2O，CO2等)及某些還原性氣體（如H2)發(fā)生反應(yīng)，造成鋼料表面含碳量的降低，其實(shí)質(zhì)是高溫下鋼中的C與H或O反應(yīng)，生成CH4或CO

。H2O+Fe3C→3Fe+CO+H2CO2+Fe3C→3Fe+2CO1、脫碳的危害18使鍛件表面變軟，強(qiáng)度和耐磨性降低2、影響脫碳的因素19加熱溫度：隨溫度升高，脫碳速度增加；加熱時(shí)間：時(shí)間越長，脫碳層越厚；爐氣成分：爐氣中脫碳能力最強(qiáng)的是H2O，其次CO2和O2，最后H2，而CO的含量增加可減少脫碳。鋼的化學(xué)成份―→鋼的化學(xué)成份C、W、Al 加劇脫碳；Cr、Mn 阻止脫碳；Si、Ni、V無影響。203、防止脫碳的措施21脫碳需要時(shí)間和氧化性氣氛……快速加熱保護(hù)介質(zhì)加熱三、過熱22當(dāng)加熱溫度超過始鍛溫度或在高溫下停留時(shí)間過長，便產(chǎn)生奧氏體晶粒急劇長大，這種晶粒粗大的現(xiàn)象叫做過熱。1、過熱的危害23力學(xué)性能降低（尤其是沖擊韌性ak）2、挽救措施24二次鍛造熱處理一般來說，過熱組織可以通過足夠大的塑性變形來消除，或通過熱處理（正火、淬火、反復(fù)正火、反復(fù)淬火）來消除。3、防止過熱的措施25嚴(yán)格控制加熱溫度盡量縮短高溫保溫時(shí)間鍛造時(shí)要有足夠的塑性變形量四、過燒26當(dāng)金屬加熱到接近其熔化溫度時(shí)，并在此溫度下停留過長的時(shí)間，不僅晶粒粗大，而且晶界發(fā)生局部

熔化，氧化性氣體進(jìn)一步侵入晶界，使晶間物質(zhì)氧化，形成易熔共晶氧化物，破壞晶粒間的結(jié)合。1、過燒的危害27晶粒之間失去聯(lián)系，材料失去塑性和強(qiáng)度2、防止過燒的措施28遵守加熱規(guī)范控制加熱溫度特別要控制出爐溫度及在高溫時(shí)的停留時(shí)間五、裂紋 （受力導(dǎo)致開裂）29開裂原因？1、溫度應(yīng)力2、組織應(yīng)力3、殘余應(yīng)力1、溫度應(yīng)力30坯料加熱過程中，因溫度場(chǎng)分布不均勻，造成坯料各處的不均勻膨脹，從而在坯料各部分之間產(chǎn)生了相互制約的內(nèi)應(yīng)力（溫度應(yīng)力）。2、組織應(yīng)力（相變應(yīng)力）31具有相變的材料在加熱過程中，表層先相變，心部后相變，且相變前后組織的比容發(fā)生變化，由此引起的應(yīng)力叫組織應(yīng)力。加熱過程中隨著溫度升高，表層先相變，由珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，比容減小，表層受拉心部受壓。此時(shí)組織應(yīng)力與溫度應(yīng)力反向，使總的應(yīng)力數(shù)值減小。隨著溫度的繼續(xù)升高，心部相變，此時(shí)組織應(yīng)力心部受拉表層受壓。組織應(yīng)力方向與溫度應(yīng)力相同，使總的應(yīng)力數(shù)值增大，但此時(shí)鋼料已接近高溫，一般不會(huì)造成開裂。32333、殘余應(yīng)力34鋼錠在凝固和冷卻過程中，由于外層和中心冷卻次序不同，各部分間的相互牽制而產(chǎn)生。外層冷卻快，中心冷卻慢，因此外層為壓應(yīng)力，中心部分為拉應(yīng)力。注 意：35鋼料加熱時(shí)，特別是在500-550℃以下加熱時(shí)，此時(shí)鋼的塑性差，溫度應(yīng)力較大，應(yīng)避免加熱速度過快，以免開裂。對(duì)于尺寸大的鋼錠和導(dǎo)熱性差的高合金鋼，低溫階段必須緩慢加熱。3-3

金屬的加熱規(guī)范36幾個(gè)概念：37裝爐溫度加熱速度均熱保溫加熱時(shí)間始鍛溫度、終鍛溫度、鍛造溫度范圍3-4

鍛造溫度范圍的確定38基本原則：合理的鍛造溫度范圍，應(yīng)保證金屬具有良好的塑性和較低的變形抗力。并在此條件下盡量擴(kuò)大鍛造溫度范圍，以減少加熱火次。具體鍛造溫度范圍應(yīng)根據(jù)鐵碳相圖來確定39溫度，T共晶點(diǎn)鐵素體珠光體碳鋼0.15鑄鐵一、始鍛溫度保證無過燒；低于固相線150-250℃；考慮材料種類（鋼錠、鋼材）考慮打擊速度（高速成形的熱效應(yīng)）。大型鍛件最后一火的始鍛溫度，要考慮鍛后冷卻過程中的晶粒長大。40二、終鍛溫度過高：鍛件晶粒粗大，可能產(chǎn)生魏氏組織。過低：加工硬化嚴(yán)重，易開裂。再結(jié)晶不充分甚至不能再結(jié)晶，導(dǎo)致晶粒粗大。原則：保證良好的塑性；保證鍛后獲得較好的組織性能。41魏氏組織及其產(chǎn)生原因：亞共析鋼從奧氏體相區(qū)緩慢冷卻時(shí)，鐵素體沿奧氏體晶界析出，呈片狀（或針狀），并向奧氏體晶粒內(nèi)部生長。這些分布在原奧氏體內(nèi)部的片狀共析鐵素體組織稱為魏氏組織。42魏氏組織的危害：43影響鋼的力學(xué)性能，特別是降低鋼的沖擊韌性，因此要盡量避免產(chǎn)生魏氏組織。44終鍛溫度：45低碳鋼：奧氏體、鐵素體雙相區(qū)中碳鋼：奧氏體單相區(qū)高碳鋼：奧氏體、滲碳體雙相區(qū)注意：高碳鋼終端溫度為何選在奧氏體、滲碳體雙相區(qū)？3-5

鍛后冷卻46一、冷卻方法空冷坑冷（箱冷）爐冷各種冷卻方法的根本區(qū)別在于冷卻速度的不同二、鍛后冷卻過程中的常見缺陷471、裂紋溫度應(yīng)力：初期，后期；軟鋼，硬鋼組織應(yīng)力：馬氏體轉(zhuǎn)變比容增大殘余應(yīng)力：48493、殘余應(yīng)力50鍛造過程中變形不均勻或加工硬化引起的內(nèi)應(yīng)力。2、白點(diǎn)51形態(tài)：縱向斷口呈圓形或橢圓形白色斑點(diǎn)，橫向呈細(xì)小的裂紋危害：降低力學(xué)性能，熱處理時(shí)易引起淬火開裂，使用時(shí)易造成零件斷裂形成原因：氫和組織應(yīng)力共同作用的結(jié)果，冷卻速度越快，它們的作用越顯著，且鍛件尺寸越大，白點(diǎn)越易形成523、網(wǎng)狀碳化物53含碳高的鋼種（如：過共析鋼、軸承鋼等）終鍛

溫度高且鍛后緩冷，由奧氏體中大量析出二次碳化物，這時(shí)碳原子具有較大的活性和足夠的時(shí)間擴(kuò)散到晶界，于是沿奧氏體晶界形成網(wǎng)狀碳化物。三、鍛件冷卻規(guī)范54⑴

鍛件合金化程度越高，冷卻速度應(yīng)該越慢（成份越簡單，冷卻速度可以越快）⑵含碳高的鋼種（如過共析鋼、軸承鋼等）要求先快冷（空冷、鼓風(fēng)、噴霧，避免碳化物沿晶界析出），冷卻至相變溫度以下（700℃）則要求緩冷⑶高速鋼等空冷自淬鋼（如W18Cr4V、4Cr13、3Cr2W8V）要求緩