鍛造工藝學-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，可產(chǎn)生的塑性變形大。對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：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（鋼、鋁、銅……）缺點：加熱質(zhì)量差，熱效率低，勞動條件差火焰加熱6火焰加熱72、電加熱8優(yōu)點：勞動條件好，便于實現(xiàn)機械化自動化，升溫快，加熱質(zhì)量容易控制

缺點：適應(yīng)性差，設(shè)備復(fù)雜，費用高電加熱分類、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，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)生化學反應(yīng)，形成氧化皮。氧化實質(zhì)上是一種擴散過程：鐵以離子狀態(tài)從內(nèi)部向表面擴散，氧以原子狀態(tài)吸附到鋼坯表面，并向內(nèi)部擴散。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；加熱時間：加熱時間越長，氧化越嚴重；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；鋼的化學成份―→鋼的化學成份：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氧化需要時間和氧化性氣氛……快速加熱保護介質(zhì)加熱二、脫碳17加熱時鋼料表面的 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；加熱時間：時間越長，脫碳層越厚；爐氣成分：爐氣中脫碳能力最強的是H2O，其次CO2和O2，最后H2，而CO的含量增加可減少脫碳。鋼的化學成份―→鋼的化學成份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脫碳需要時間和氧化性氣氛……快速加熱保護介質(zhì)加熱三、過熱22當加熱溫度超過始鍛溫度或在高溫下停留時間過長，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嚴格控制加熱溫度盡量縮短高溫保溫時間鍛造時要有足夠的塑性變形量四、過燒26當金屬加熱到接近其熔化溫度時，并在此溫度下停留過長的時間，不僅晶粒粗大，而且晶界發(fā)生局部

熔化，氧化性氣體進一步侵入晶界，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的停留時間五、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，但此時鋼料已接近高溫，一般不會造成開裂。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，特別是在500-550℃以下加熱時，此時鋼的塑性差，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幾個概念：37裝爐溫度加熱速度均熱保溫加熱時間始鍛溫度、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，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51形態(tài)：縱向斷口呈圓形或橢圓形白色斑點，橫向呈細小的裂紋危害：降低力學性能，熱處理時易引起淬火開裂，使用時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，這時碳原子具有較大的活性和足夠的時間擴散到晶界，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、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