第二章坯料及加熱

金屬塑性成形工藝及設(shè)備

第二章鍛造用坯料及加熱第一節(jié)鍛造用坯料及下料第二節(jié)鍛前加熱與鍛造溫度范圍第三節(jié)鍛造加熱規(guī)范第四節(jié)鍛后冷卻及熱處理

第一節(jié)鍛造用坯料及下料鍛造用坯料一般為棒、板、管狀的黑色金屬、有色金屬和貴金屬。圓柱體毛坯要考慮高徑比H/d,當(dāng)高徑比H/d≥2時(shí)，要預(yù)制坯，防止在成形過(guò)程中彎曲失穩(wěn)，或產(chǎn)生彎曲，形成折疊；H/d較小時(shí)，可采用板料下料。薄板毛坯采用普通沖裁落料或精密沖裁下料1.下料和下料方法下料是自由鍛和模鍛的第一道工序。不同的下料方式，直接影響著鍛件的精度、材料的消耗、模具與設(shè)備的安全以及后續(xù)工序過(guò)程的穩(wěn)定。

傳統(tǒng)的下料方式：2、棒料剪切法圖所示為剪切下料的原理。刀口形狀和棒料截面相似。小尺寸的棒料多用冷剪。對(duì)有些合金鋼和尺寸較大的碳鋼棒料，為防止斷口產(chǎn)生裂紋，還須加熱到350～550℃剪切。剪切下料效率高，適用于大批生產(chǎn)，切口沒(méi)有材料損耗；但剪切端面質(zhì)量較差。采用精密剪切工藝和設(shè)備，可以改善剪切端面的平整度和減小下料的重量誤差；剪切后的端面和軸線(xiàn)的不垂直度可小于1°，重量誤差在0.5～1％以?xún)?nèi)。剪切下料通常是在專(zhuān)用剪床上進(jìn)行，也可以在一般曲柄壓力機(jī)上進(jìn)行。1、剪切下料的特點(diǎn)大批量的成形生產(chǎn)過(guò)程中，剪切下料是一種普遍采用的方法。其特點(diǎn)是效率高、操作簡(jiǎn)單、斷口無(wú)金屬損耗、模具費(fèi)用低等。剪切下料時(shí)的受力情況如圖所示，在刀片作用力影響下，坯料產(chǎn)生彎曲和拉伸變形，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)剪切強(qiáng)度時(shí)發(fā)生斷裂。這種下料方法的缺點(diǎn)是：（1）坯料局部被壓扁；（2）端面不平整；（3）剪斷面常有毛刺和裂縫。P—剪切力PT—水平阻力PQ—壓板阻力剪切下料時(shí)的受力情況2、剪切下料過(guò)程剪切下料過(guò)程可分為三個(gè)階段，如圖所示：（1）第一階段：刀刃壓進(jìn)棒料，塑性變形區(qū)不大，由于加工硬化有作用，刃口端首先出現(xiàn)裂紋；（2）第二階段：裂紋隨刀刃的深入而繼續(xù)擴(kuò)展；（3）第三個(gè)階段：在刀刃的壓力作用下，上下裂紋間的金屬被拉斷，造成“S”形斷面。剪切端面質(zhì)量與刀刃銳利程度、刃口間隙大小、支承情況及剪切速度等因素有關(guān)。刃口圓鈍時(shí)，將擴(kuò)大塑性變形區(qū)，刃尖處裂紋出現(xiàn)較晚，結(jié)果剪切端面不平整；刃口間隙大，坯料容易產(chǎn)生彎曲，結(jié)果使斷面與軸線(xiàn)不相垂直；刃口間隙太小，容易碰傷刀刃，若坯料支撐不利，因彎曲使上下兩裂紋方向不相平行，刃口則偏斜。剪切速度快，塑性變形區(qū)和加工硬化集中，上下兩邊的裂紋方向一致，可獲得平整斷口；剪切速度慢時(shí)，情況相反。（a）出現(xiàn)裂紋（b）裂紋擴(kuò)展（c）斷裂

剪切下料過(guò)程剪床下料

1—下刀片2—棒料3—壓板4—上刀片

5—定位螺桿6—坯料QA42-500型性能與特點(diǎn)：

該機(jī)床用作鋼材的冷剪切方形、圓形、扁形均可，切斷強(qiáng)度為

45-80kg/mm

2

。直徑可達(dá)

85-132mm

，長(zhǎng)度

110-1100mm

可作單次和連續(xù)剪切。

3、一般鋸切用邊緣具有許多鋸齒的刀具（鋸條、圓鋸片、鋸帶）或薄片砂輪等將工件或材料切出狹槽或進(jìn)行分割的切削加工。鋸切可按所用刀具形式分為弓鋸切、圓鋸切、帶鋸切和砂輪鋸切等。圓盤(pán)鋸床圓盤(pán)鋸床圓鋸片作旋轉(zhuǎn)的切削運(yùn)動(dòng)，同時(shí)隨鋸刀箱作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)帶鋸下料是近十幾年來(lái)在國(guó)內(nèi)的鍛造、機(jī)械加工行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用的一種高效、經(jīng)濟(jì)、快速的下料方法，如圖所示。帶鋸的切割效率超過(guò)了圓盤(pán)鋸，它能向冷熱鍛造成形設(shè)備、擠壓機(jī)、輥軋機(jī)、高效六角車(chē)床、自動(dòng)機(jī)等提供金屬坯料帶鋸下料具有如下特點(diǎn)：（1）下料毛坯的精度高下料毛坯的尺寸精度和斷面質(zhì)量高：長(zhǎng)度重復(fù)精度一般為±0.13～0.25mm、粗糙度可達(dá)Ra=6.3～12.5μm、端面垂直度不超過(guò)0.2mm(在切Ф95mm的棒料時(shí))，；同時(shí)其端面平整、無(wú)彎曲、歪斜、壓塌等疵病。（2）能耗低與其它下料方法相比，帶鋸下料時(shí)的能耗僅為其它下料方法能耗的5%～6%。（3）生產(chǎn)效率高金屬帶鋸機(jī)的切割效率可以達(dá)到190～260cm2/min.。（4）材料利用率高由于帶鋸機(jī)的鋸縫寬1.6mm，弓形鋸的鋸縫2.5mm，圓盤(pán)鋸的鋸縫3.0mm，因此帶鋸下料時(shí)的鋸縫消耗的材料少，使材料的利用率顯著提高。弓形鋸下料裝有鋸條的鋸弓作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以鋸架繞一支點(diǎn)擺動(dòng)的方式進(jìn)給，機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，但效率較低。弓鋸床鋸條的運(yùn)動(dòng)軌跡有直線(xiàn)和弧線(xiàn)兩種。弧線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)鋸弓繞一支點(diǎn)擺動(dòng)一小角度，每個(gè)鋸齒的切入量較大，排屑容易，效率較高。鋸片厚度為2～5mm，一般用來(lái)鋸切直徑為100mm以?xún)?nèi)的棒料。其他下料方法:1、車(chē)削下料2、冷折下料3、熱剁下料

4、砂輪切割

5、氣割

一、加熱目的提高金屬塑性，降低變形抗力，即增加金屬的可鍛性。使之易于流動(dòng)成形并獲得良好的鍛后組織和力學(xué)性能。第二節(jié)鍛前加熱與鍛造溫度范圍

鍛前加熱是整個(gè)鍛造過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)提高鍛造生產(chǎn)率、保證鍛件質(zhì)量以降低能源消耗等都有直接的影響。恰當(dāng)?shù)剡x擇加熱溫度，就可使坯料在塑性較好的狀態(tài)下進(jìn)行成形。按所采用的熱源不同，可分為火焰加熱和電加熱兩大類(lèi)。1．火焰加熱利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱能對(duì)金屬坯料進(jìn)行加熱。燃料有煤，焦炭，柴油，煤氣，天然氣火焰加熱的優(yōu)點(diǎn)是：燃料來(lái)源方便，爐子修造簡(jiǎn)單，加熱費(fèi)用較低，對(duì)坯料的適用范圍廣等。因此，這種加熱廣泛用于各種大、中、小型坯料的加熱，在鍛造生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)是：勞動(dòng)條件差，加熱速度慢，加熱質(zhì)量難以控制等。二、加熱方法2．電加熱是通過(guò)把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軄?lái)加熱金屬坯料。利用電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軄?lái)加熱金屬的裝置稱(chēng)為電爐。優(yōu)點(diǎn)是：加熱速度快，爐溫易控制，氧化脫碳少，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，勞動(dòng)條件好。缺點(diǎn)是：對(duì)毛坯的尺寸、形狀的變化適應(yīng)性不強(qiáng)，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資費(fèi)用較大，操作使用要求高。電加熱法按其傳熱方式可分為電阻加熱（電阻爐加熱、

感應(yīng)電加熱接觸電加熱、鹽浴爐加熱）⑴電阻加熱其傳熱原理與火焰加熱相同。根據(jù)電阻發(fā)熱元件的不同，有電阻爐加熱、接觸電加熱、鹽浴爐加熱等。①電阻爐加熱：利用電流通過(guò)爐內(nèi)的電熱體產(chǎn)生的熱量進(jìn)行加熱。該法受電熱體的使用溫度的限制，熱效率較低。在電阻爐內(nèi)輻射傳熱是加熱金屬的主要方式。②接觸電加熱：是以低壓大電流直接通過(guò)金屬坯料，由金屬坯料自身的電阻在通電時(shí)產(chǎn)生的熱量而加熱。常采用低電壓大電流的方法。其優(yōu)點(diǎn)是：加熱速度快、金屬燒損少、加熱范圍不受限制、熱效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、適用于長(zhǎng)坯料的整體或局部加熱等優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)坯料的表面粗糙度和形狀尺寸要求嚴(yán)格，特別是坯料的端部要光潔、平整，下料規(guī)則。此外，加熱溫度的測(cè)量和控制也比較困難。③鹽浴爐加熱：是電流通過(guò)爐內(nèi)電極產(chǎn)生的熱量把導(dǎo)電介質(zhì)熔融，通過(guò)高溫介質(zhì)的對(duì)流與傳導(dǎo)將其中的坯料加熱。這種方法的加熱速度快，加熱溫度均勻，可以實(shí)現(xiàn)坯料的整體或局部的無(wú)氧化加熱。但其熱效率低，輔助材料消耗大，勞動(dòng)條件差。

⑵感應(yīng)電加熱坯料放入感應(yīng)圈中，在交變電流的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，坯料表面形成強(qiáng)大的渦流，使坯料內(nèi)部的電能直接轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏訜?。感?yīng)電加熱具有加熱速度快、加熱質(zhì)量好，溫度易于控制、金屬燒損少、操作簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。這些都有利于鍛件質(zhì)量的提高。其缺點(diǎn)是：設(shè)備投資費(fèi)用高、每種感應(yīng)器的尺寸范圍窄、電能消耗較大(大于接觸電加熱，小于電阻爐加熱)。

三、金屬加熱時(shí)產(chǎn)生的缺陷及防止措施由金屬學(xué)所學(xué)內(nèi)容知，金屬在加熱時(shí)將產(chǎn)生以下的變化：⒈組織結(jié)構(gòu)：組織轉(zhuǎn)變，晶粒長(zhǎng)大，過(guò)熱、過(guò)燒⒉力學(xué)性能：塑性提高，變形抗力降低，殘余應(yīng)力消除，但也可能產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力，過(guò)大則會(huì)引起開(kāi)裂⒊物理性能：導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系統(tǒng)、膨脹系數(shù)、密度等均發(fā)生變化⒋化學(xué)變化：表層發(fā)生氧化、脫碳、吸氫等，生成氧化皮與脫碳層(一)金屬加熱過(guò)程中的氧化金屬在高溫爐內(nèi)加熱時(shí)，金屬表面的合金元素將和爐氣中的氧化氣體（如O2、CO2、H2O、和SO2）發(fā)生反應(yīng)，使金屬表層生成氧化皮，這種現(xiàn)象稱(chēng)為氧化，或叫燒損。氧化過(guò)程實(shí)質(zhì)是擴(kuò)散過(guò)程。即爐氣中氧以原子狀態(tài)吸附到鋼料表層后向內(nèi)擴(kuò)散，而鋼料表層中的鐵則以離子狀態(tài)由內(nèi)部向表面擴(kuò)散，擴(kuò)散的結(jié)果使鋼的表層變成為氧化鐵。由于氧化皮的熔融和氧化皮與鐵的膨脹系數(shù)不同，因此在氧化物層內(nèi)產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力。會(huì)發(fā)生氧化皮的機(jī)械分離，從而加速金屬的氧化。

氧化的影響因素

主要有：爐氣性質(zhì)、加熱溫度、加熱時(shí)間、化學(xué)成分。①爐氣性質(zhì)

火焰加熱的爐氣通常由氧化性氣體（O2、CO2、H2O、SO2），還原性氣體（CO、H2）和中性氣體（N2）組成。爐氣的性質(zhì)取決于燃料燃燒時(shí)的空氣供給量。當(dāng)供給空氣過(guò)多時(shí)，爐氣的性質(zhì)為氧化性，那么氧化嚴(yán)重。相反，如供給空氣不足時(shí)，爐氣則呈現(xiàn)還原性，氧化皮很薄，甚至不產(chǎn)生氧化。②加熱溫度

溫度越高，氧化擴(kuò)散速度加快，氧化過(guò)程會(huì)加劇，結(jié)果形成的氧化皮也厚。一般，低于570~600℃時(shí)，氧化緩慢；超過(guò)900~950℃后，氧化急劇增加。③加熱時(shí)間

時(shí)間越長(zhǎng)，氧化皮越多。因此，采用快速加熱如電加熱，縮短加熱時(shí)間，尤其是在高溫下的停留時(shí)間，對(duì)減少氧化皮的產(chǎn)生具有很大的實(shí)際意義。(以上三者是外因)④化學(xué)成分(內(nèi)因)

當(dāng)鋼中含碳量大于0.3%時(shí)，隨著鋼中含碳量的增多，生成的氧化皮將減少。這是因?yàn)楹剂扛邥r(shí)，鋼表面氧化過(guò)程中生成了CO，可削弱氧化性對(duì)鋼表面的作用。還有一些金屬元素，如Cr、Ni、Al、Mo等，它們?cè)诮饘俦砻嫘纬闪死喂叹o密的薄膜，膨脹系數(shù)和鋼幾乎一致，加熱過(guò)程中不易脫落，阻止了氧向內(nèi)部擴(kuò)散，因此能防止鋼表面繼續(xù)氧化，薄膜起保護(hù)作用，特別是鋼中含Cr及Ni的量大于13%~20%時(shí)，幾乎不產(chǎn)生氧化。鋼的相對(duì)表面積（表面積與質(zhì)量之比）愈大時(shí)，則氧化皮愈多。氧化皮的危害：①造成鋼材的燒損燒損量一般為3~5%。(與火次有關(guān)，一次為1.5~3.0%)②模鍛時(shí)氧化皮壓入鍛件內(nèi)降低表面質(zhì)量和尺寸精度。③氧化皮質(zhì)脆而硬，加劇模具磨損。④氧化皮在爐底燒結(jié)成塊，降低爐襯壽命。因此要采取措施減少或消除金屬的氧化燒損。防止措施：①在保證鍛件質(zhì)量的前提下，盡量采用快速加熱，縮短加熱時(shí)間。②在燃料完全燃燒的條件下，避免氧氣過(guò)剩，并減少燃料的水分。③采用少無(wú)氧化加熱。④采用少裝、勤裝的操作方法。(二)金屬加熱過(guò)程中的脫碳

鋼在高溫加熱時(shí)，表層中的碳與爐氣中的氧化性氣體（如O2、CO2、H2O等）及某些還原性氣體（如H2）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成甲烷或一氧化碳，造成鋼料表層的含碳量減少，這種現(xiàn)象稱(chēng)為脫碳。

Fe3C＋H2O─→←─3Fe＋CO＋H2Fe3C＋CO2─→←─3Fe＋2CO2Fe3C＋O2─→←─6Fe＋2COFe3C＋2H2─→←─3Fe＋CH4脫碳的組織特征：脫碳層由于碳被氧化，反映在金相組織上是表層滲碳體(Fe3C)的數(shù)量減少；反映到化學(xué)成分上是表層的含碳量比內(nèi)部明顯降低。影響鋼脫碳的因素：與氧化類(lèi)似

①爐氣成分脫碳能力最強(qiáng)的是H2O(汽)、其次是CO2和O2，較弱是H2。②加熱溫度加熱溫度越高，脫碳越嚴(yán)重。③加熱時(shí)間時(shí)間越長(zhǎng)，脫碳層越厚。④化學(xué)成分是內(nèi)因，鋼中含碳量越高則脫碳傾向越大。W、Al、Co等元素使脫碳增加，而Cr、Mn能阻止脫碳，Si、Ni和V對(duì)鋼的脫碳沒(méi)有影響。脫碳使鍛件：表面強(qiáng)度降低耐磨性降低疲勞強(qiáng)度降低可鍛性降低，熱處理時(shí)可能發(fā)生開(kāi)裂（三）金屬加熱過(guò)程中的過(guò)熱(overheat)當(dāng)金屬加熱溫度過(guò)高、加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而引起晶粒粗大的現(xiàn)象稱(chēng)為“過(guò)熱”。晶粒開(kāi)始急劇長(zhǎng)大的溫度叫過(guò)熱溫度。鋼中元素如C、Mn、S、P等會(huì)增加其過(guò)熱傾向，而Ti、W、V、N等元素可減小鋼的過(guò)熱傾向。⒈過(guò)熱的危害

過(guò)熱鋼的晶粒粗大，使鋼的力學(xué)性能（尤其ak)顯著降低，鍛造時(shí)容易開(kāi)裂。實(shí)踐證明，過(guò)熱對(duì)金屬鍛造過(guò)程影響并不大，甚至過(guò)熱得較嚴(yán)重的鋼材，只要沒(méi)有過(guò)燒，在足夠大的變形程度下，晶粒粗大的組織一般可以消除。過(guò)熱有不穩(wěn)定過(guò)熱和穩(wěn)定過(guò)熱：

①不穩(wěn)定過(guò)熱

由于單純?cè)邷貖W氏體晶粒粗大形成的過(guò)熱。一般可用熱處理的方法消除。（如正火、高溫回火、擴(kuò)散退火、快速升溫、快速冷卻）

②穩(wěn)定過(guò)熱

鋼過(guò)熱后，除原高溫奧氏體晶粒粗大外，沿奧氏體晶界大量析出第二相（包括雜質(zhì)元素組成的化合物如硫化物、碳化物、氮化物等）質(zhì)點(diǎn)或薄膜，這種過(guò)熱用一般熱處理方法很難消除，稱(chēng)為穩(wěn)定過(guò)熱。⒉防止措施

①?lài)?yán)格控制金屬加熱溫度，縮短高溫保溫時(shí)間；②鍛造時(shí)應(yīng)保證足夠大的變形量。（四）金屬加熱過(guò)程中的過(guò)燒(burning)

當(dāng)坯料加熱到接近其熔化溫度，并在此溫度下保留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，將出現(xiàn)過(guò)燒現(xiàn)象。金屬過(guò)燒后，①晶粒粗大，②晶界熔化，③形成氧化物，④出現(xiàn)裂紋。⒈過(guò)燒的危害鋼斷面呈淺灰蘭色，無(wú)金屬光澤；表面粗糙；晶粒粗大類(lèi)似豆腐渣狀；一鍛即裂。嚴(yán)重過(guò)燒的鋼，只能報(bào)廢回爐重新冶煉。局部過(guò)燒的鋼，當(dāng)制造不太重要的零件時(shí)，可以將過(guò)燒部分切去，其余部分還可使用。⒉防止措施嚴(yán)格控制加熱溫度，特別要控制高溫停留時(shí)間及出爐溫度。（五）裂紋(crack)裂紋是由鋼在加熱過(guò)程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力引起的。根據(jù)其形成的原因，有溫度應(yīng)力、組織應(yīng)力、殘余應(yīng)力。1.

溫度應(yīng)力

鋼錠或鋼材在加熱過(guò)程中，由于表面溫度高于中心溫度，出現(xiàn)溫差，從而必將引起外層與心部的膨脹不均勻，這樣產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱(chēng)為溫度應(yīng)力（也稱(chēng)熱應(yīng)力）。溫度應(yīng)力的大小與材料性質(zhì)、斷面溫差有關(guān)。而斷面溫差又取決于金屬的導(dǎo)熱性、斷面尺寸、加熱速度和溫度頭（temperaturehead──爐溫與坯料表面溫度之差）。如果金屬的導(dǎo)熱性差、斷面尺寸大、加熱速度快、溫度頭又大，則斷面溫差就大，因而溫度應(yīng)力也大。反之溫度應(yīng)力則小。所以，在加熱斷面尺寸大的大型鋼錠和導(dǎo)溫性差的高合金鋼時(shí)，由于會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，低溫階段必須緩慢加熱。2.

組織應(yīng)力

具有固態(tài)相變的鋼，在加熱時(shí)表層先發(fā)生相變，內(nèi)層后發(fā)生相變，相變前后組織的比容發(fā)生變化，這樣引起的內(nèi)應(yīng)力為組織應(yīng)力。在鋼料加熱過(guò)程中，組織應(yīng)力沒(méi)有危險(xiǎn)性。若鋼料加熱時(shí)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和組織應(yīng)力加上鋼料原有的殘余應(yīng)力三者之和大于材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在鋼料心部產(chǎn)生裂紋。防止方法：低溫裝爐、分段加熱（裝爐溫度控制在600℃以下，以較慢的速度加熱到600℃左右，經(jīng)一段時(shí)間保溫，使內(nèi)外溫度均勻后再快速

加熱到始鍛溫度）

四、鍛造溫度范圍的確定鍛造溫度范圍是指金屬開(kāi)始鍛造溫度（始鍛溫度）和結(jié)束鍛造溫度（終鍛溫度）之間的一段溫度區(qū)間。始鍛溫度～終鍛溫度確定鍛造溫度范圍的基本原則是：

要求金屬在鍛造溫度范圍內(nèi)具有良好的塑性和較低的變形抗力；能鍛出優(yōu)質(zhì)鍛件(所需的組織性能)；鍛造溫度范圍盡可能寬些，以便減少加熱火次，提高生產(chǎn)效率。確定鍛造溫度范圍的基本方法是：運(yùn)用合金相圖、塑性圖、抗力圖和再結(jié)晶圖等，從塑性、變形抗力和鍛件的組織性能三個(gè)方面進(jìn)行綜合分析，確定出合理的鍛造溫度范圍，并在生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)行驗(yàn)證和修改。⒈

合金相圖

能直觀(guān)地表示出合金系中各種成分的合金在不同溫度區(qū)間的相組成情況。一般單相組織比多相的塑性好、抗力低，所以鍛造時(shí)應(yīng)盡可能使合金處于單相狀態(tài)。所以首先應(yīng)按相圖初選鍛造溫度范圍。⒉從保證變形金屬具有較高可鍛性出發(fā)，運(yùn)用塑性圖和抗力圖來(lái)確定合適的鍛造溫度范圍。⒊

再結(jié)晶圖

表示變形溫度、變形程度與鍛件晶粒尺寸之間的關(guān)系，是通過(guò)試驗(yàn)測(cè)繪的。它對(duì)確定最后一道變形工序的鍛造溫度、變形程度具有重要的參考價(jià)值。MB5鎂鋁二元合金相圖MB5合金的塑性圖各種有色金屬、合金的抗力圖2A02硬鋁在鍛錘下壓縮的再結(jié)晶圖以碳鋼為例：1)

始鍛溫度的確定

應(yīng)保證鋼不產(chǎn)生過(guò)熱和過(guò)燒。一般應(yīng)低于鐵碳平衡圖的固相線(xiàn)150~250℃。始鍛溫度隨含碳量的增加而降低2)

終鍛溫度的確定

既要保證金屬在終鍛前具有足夠的塑性，又要使鍛件能獲得良好的組織性能。因此，終鍛溫度應(yīng)高于再結(jié)晶溫度，以保證鍛后再結(jié)晶完全，使鍛件得到細(xì)晶粒的再結(jié)晶組織。但過(guò)高會(huì)使鍛件在冷卻過(guò)程中晶粒繼續(xù)長(zhǎng)大，因而降低機(jī)械性能，尤其是沖擊韌性降低更多。因此，必須通過(guò)相圖和再結(jié)晶圖綜合分析。通過(guò)鐵碳相圖可以分析碳鋼的情況。3)從保證最小的變形抗力出發(fā)，根據(jù)抗力圖來(lái)確定合適的鍛造溫度范圍。如果設(shè)備噸位夠，在保證鍛件質(zhì)量和塑性的前提下，抗力一般不予考慮。然而對(duì)于耐熱合金之類(lèi)，由于溫度的稍許下降，會(huì)導(dǎo)致變形抗力的急劇增加，甚至硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，出現(xiàn)冷變形或混合變形機(jī)構(gòu)，這時(shí)，在確定鍛造溫度范圍時(shí)，變形抗力應(yīng)予以足夠的重視?；鹕珳囟龋ā妫┗鹕珳囟龋ā妫┌底厣?20~580亮紅色830~880棕紅色580~650橘黃色880~1050暗紅色650~750橙黃色1050~1150暗櫻紅色750~780亮黃色1150~1250櫻桃色780~800白色1250~1320亮桃紅色800~830

實(shí)際生產(chǎn)中，隨溫度的不同，鋼材對(duì)外表現(xiàn)出不同的顏色，鍛造時(shí)即可以根據(jù)鋼材的顏色大致估計(jì)其溫度，稱(chēng)為“看火色”

表2-1

鋼材火色和溫度牌號(hào)始鍛溫度℃終鍛溫度℃低碳鋼1250750451200800T12A115083065Mn1200830GCr151150850Cr12MoV1050900W18Cr4V1100900

在保證不出現(xiàn)加熱缺陷的前提下，始鍛溫度應(yīng)盡量取高一些；在保證塑性足夠的前提下，終鍛溫度應(yīng)盡可能定低一些常用鋼材的鍛造溫度范圍加熱規(guī)范，就是金屬坯料從裝爐開(kāi)始到加熱完了整個(gè)過(guò)程中，對(duì)爐溫和坯料溫度隨時(shí)間變化的規(guī)定。為了方便和清晰起見(jiàn)，加熱規(guī)范是采用爐溫-時(shí)間的變化曲線(xiàn)（又稱(chēng)加熱曲線(xiàn)或爐溫曲線(xiàn)）來(lái)表示。加熱規(guī)范有：一段、二段、三段、四段及五段之分。第三節(jié)鍛造加熱規(guī)范五段加熱曲線(xiàn)[v]--鋼料允許的加熱速度[vm]---最大可能的加熱速度一、制訂加熱規(guī)范的原則和方法

1．內(nèi)容：裝料時(shí)的爐溫、加熱各個(gè)階段爐子的升溫速度、各個(gè)階段的加熱（保溫）時(shí)間和總的加熱時(shí)間、最終的加熱溫度和允許的加熱不均勻性、允許的溫度頭等。

2．加熱規(guī)范原則：要保證金屬在加熱過(guò)程中不產(chǎn)生裂紋、過(guò)熱、過(guò)燒和熔化現(xiàn)象，加熱要均勻，氧化脫碳少，加熱時(shí)間短和節(jié)省燃料等。即保證高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗。3．核心問(wèn)題：確定金屬在整個(gè)加熱過(guò)程中不同階段的加熱溫度、加熱速度和加熱（保溫）時(shí)間。通?？蓪⒓訜徇^(guò)程分為預(yù)熱、加熱、均熱三個(gè)階段。預(yù)熱階段主要是規(guī)定裝料時(shí)的爐溫；加熱階段關(guān)鍵是正確選擇升溫加熱速度；均熱階段則應(yīng)保證金屬溫度均勻，給定保溫時(shí)間。（一）裝爐溫度

避免溫度應(yīng)力過(guò)大引起裂紋。對(duì)導(dǎo)溫性好和斷面尺寸小的坯料，裝料爐溫不受限制。而相反，對(duì)于導(dǎo)溫性較差和斷面尺寸大的坯料就應(yīng)該限制裝料爐溫了。因?yàn)樵陂_(kāi)始預(yù)熱階段，鋼料溫度低、塑性差，而且在200~400℃范圍內(nèi)存在藍(lán)脆區(qū)，對(duì)于冷鋼錠和大型鋼坯，裝料爐溫一般在350~650℃，因?yàn)樵谶@個(gè)溫度范圍內(nèi)，塑性指標(biāo)δ、φ顯著提高，而且還應(yīng)在此溫度進(jìn)行保溫；高錳鋼易出現(xiàn)裂紋，裝料爐溫400~450℃。根據(jù)計(jì)算的[Δｔ]和金屬坯料的熱阻R/λ(坯料半徑/導(dǎo)熱系數(shù))對(duì)照理論計(jì)算值就可得到允許的裝爐溫度。（二）加熱速度

金屬加熱速度是指加熱時(shí)溫度升高的快慢。通常是指金屬表面溫度的升高的速度，單位℃/h，也可用單位時(shí)間內(nèi)加熱的厚度來(lái)表示，也就是金屬截面熱透的程度，單位mm/min。在加熱規(guī)范中有兩種不同的加熱速度：1、技術(shù)上可能的加熱速度，2、金屬允許的加熱速度。前者為爐子本身可能達(dá)到的加熱速度。后者為保證坯料加熱質(zhì)量及完整性所允許的加熱速度，它取決于溫度應(yīng)力的限制。而溫度應(yīng)力又與金屬的導(dǎo)熱性、力學(xué)性能、坯料尺寸有關(guān)。對(duì)于導(dǎo)溫性好、斷面尺寸小的鋼料，其允許的加熱速度很大，即使?fàn)t子按最大可能的加熱速度加熱，也不可能達(dá)到坯料允許的加熱速度，因此，對(duì)于這類(lèi)金屬，如碳素鋼和有色金屬，其斷面小于200mm時(shí)，根本不用考慮允許的加熱速度。然而相反，對(duì)于導(dǎo)溫性差、斷面尺寸大的鋼料，允許的加熱速度小，在低溫區(qū)應(yīng)不能超過(guò)它自身允許的加熱速度，當(dāng)爐溫超過(guò)700~850℃時(shí)，可按最大允許的加熱速度加熱。怎么樣來(lái)提高加熱速度呢？

影響加熱速度的主要因素是爐溫，確切地說(shuō)是爐溫和金屬表面的溫度差，即溫度頭。

當(dāng)爐溫愈高，溫差愈大，則金屬得到的熱量愈多，加熱速度也就愈快。因此，提高加熱速度的措施有：①提高爐溫，采用快速加熱；②合理布排爐內(nèi)金屬，盡可能多面加熱；③合理設(shè)計(jì)爐膛尺寸，特別是爐膛高度，造成爐內(nèi)強(qiáng)烈循環(huán)，增加輻射和對(duì)流換熱等。

生產(chǎn)中常采用提高溫度頭的辦法來(lái)提高加熱速度。（三）均熱保溫

在五段加熱中有三段保溫平臺(tái)：（Ⅰ）裝爐溫度下保溫、（Ⅱ）700~800℃保溫、（Ⅲ）鍛造溫度下的保溫(均熱保溫通常對(duì)此而言)。這三段保溫目的如下：在裝爐溫度下保溫（Ⅰ）目的是：因在550~650℃以前，鋼的塑性較差，可能由于溫度應(yīng)力引起破裂。所以其目的是防止金屬在加熱過(guò)程中因溫度應(yīng)力而引起破壞。（Ⅱ）段目的是為了減少第一期加熱后鋼料斷面上的溫差，從而減少鋼料斷面內(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)。對(duì)于幾何尺寸較大的、具有相變的鋼，更需要第二段保溫。

（Ⅲ）段保溫目的除了減少坯料斷面上的溫差以使溫度均勻外，還可借高溫?cái)U(kuò)散作用使鋼料組織均勻化。這樣不但有利于鍛造均勻變形，而且還能提高鋼的塑性和鍛件質(zhì)量。但時(shí)間要控制好，不能太長(zhǎng)，以免引起過(guò)熱或過(guò)燒。

（四）加熱時(shí)間

是總的加熱時(shí)間，即指坯料裝爐后從開(kāi)始加熱到出爐所需要的時(shí)間，包括加熱各階段的升溫時(shí)間和保溫時(shí)間。確定加熱時(shí)間的方法可以按傳熱學(xué)理論計(jì)算，但在工廠(chǎng)中經(jīng)常采用經(jīng)驗(yàn)公式、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)圖線(xiàn)確定加熱時(shí)間。

總之，在制定加熱規(guī)范時(shí)，主要從鋼料的斷面尺寸、化學(xué)成分、及有關(guān)性能（塑性、強(qiáng)度、導(dǎo)溫性、線(xiàn)膨脹系數(shù)、組織特點(diǎn)）等方面進(jìn)行綜合考慮，從而制定出較合理的加熱規(guī)范。二、鋼錠的加熱規(guī)范

鋼錠裝爐時(shí)根據(jù)溫度的高低可分為冷錠與熱錠。冷、熱鋼錠的加熱工藝差別很大。1．冷錠加熱規(guī)范冷錠是指室溫下開(kāi)始裝爐的錠料。其加熱關(guān)鍵在于低溫階段，因冷錠塑性差，且內(nèi)部殘余應(yīng)力與溫度應(yīng)力同向，加上各種組織缺陷造成的應(yīng)力集中，加熱不當(dāng)易產(chǎn)生裂紋。所以在低溫階段必須緩慢進(jìn)行，裝爐溫度不能太高。由于大型冷鋼錠因尺寸大，產(chǎn)生的溫度應(yīng)力也大。因此大型冷錠均采用二段、三段、四段或五段的分段加熱規(guī)范。小型鋼錠因斷面尺寸小，加熱時(shí)溫度應(yīng)力不大，故加熱速度可快一些，可在700~1000℃下裝爐。由于各種鋼在高溫時(shí)，導(dǎo)熱性都很接近，所以熱錠的加熱規(guī)范，只取決于斷面尺寸，而與鋼種無(wú)關(guān)。2．熱錠加熱規(guī)范由煉鋼車(chē)間直接送到鍛壓車(chē)間，表面溫度不低于600℃的鋼錠稱(chēng)為熱錠。直接進(jìn)行加熱鍛造的熱鋼錠，可縮短加熱時(shí)間，節(jié)約燃料。并且可避免在低溫段加熱時(shí)所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和開(kāi)裂。三、鋼材與中小鋼坯的加熱規(guī)范

一般中小型鍛件采用鋼材與鋼坯為原材料。其特點(diǎn)是斷