第3章 鍛造的加熱規(guī)范

1、第3章鍛造的加熱規(guī)范 3.1鍛前加熱 3.2金屬加熱過程中的變化 3.3鍛造溫度范圍的確定 3.4鍛造的加熱規(guī)范 3.5金屬的少無(wú)氧化加熱 3.1鍛前加熱 3.1.1鍛前加熱的目的 3.1.2鍛前加熱的方法 3.1.1鍛前加熱的目的 鍛前加熱的目的是：提高金屬的塑性，降低變 形抗力，使鍛件易于流動(dòng)成形，并獲得良好的 鍛后組織和力學(xué)性能。 3.1.2鍛前加熱的方法 1.燃料加熱 2.電加熱 2.電加熱 (1) 電阻加熱根據(jù)產(chǎn)生電阻熱的發(fā)熱體不同，電阻加熱分為電 阻爐加熱、接觸電加熱等。 (2) 感應(yīng)加熱自開始應(yīng)用感應(yīng)加熱能源以來(lái)，感應(yīng)加熱理論和 感應(yīng)加熱裝置都有很大發(fā)展，感應(yīng)加熱的應(yīng)用范圍越來(lái)越

2、廣。 圖3-1電阻爐工作原理圖 圖3-2接觸電加熱工作原理圖 圖3-3感應(yīng)加熱工作原理圖 1感應(yīng)器2坯料3電源 表3-1各種電加熱方法的應(yīng)用范圍 3.2金屬加熱過程中的變化 3.2.1氧化和脫碳 3.2.2過熱和過燒 3.2.3導(dǎo)溫性的變化 3.2.4應(yīng)力的變化 3.2.1氧化和脫碳 1.氧化 2.脫碳 1.氧化 (1) 爐氣成分燃料爐的爐氣成分取決于燃料成分、空氣消耗系 數(shù)、完全燃燒與否，根據(jù)爐氣成分對(duì)金屬氧化程度的影響，可分 為氧化性爐氣、中性爐氣和還原性爐氣。 (2) 加熱溫度溫度是影響金屬氧化速度的最主要因素。 (3) 加熱時(shí)間如圖3-6所示，鋼料處在氧化性介質(zhì)中的加熱時(shí)間 越長(zhǎng)，氧的

3、擴(kuò)散量越大，形成的氧化皮越厚。 (4) 鋼的成分在相同條件下，隨著鋼中含碳量的增加，鋼的燒 損率有所下降，這是因?yàn)樵诟咛间撝蟹磻?yīng)生成了較多CO而降低 了氧化鐵的生成量。 圖3-4氧化皮形成過程示意圖 表3-2采用不同加熱方法時(shí)鋼的一次燒損率 表3-3大鋼錠加熱時(shí)表面的燒損 圖3-5加熱溫度對(duì)氧化的影響 圖3-6加熱時(shí)間對(duì)氧化的影響 2.脫碳 (1) 爐氣成分爐氣成分中的H2O、CO2、O2都能引起脫碳。 (2) 加熱溫度隨著加熱溫度的升高，碳的擴(kuò)散速度增加，脫碳 層厚度也增大。 (3) 加熱時(shí)間在低溫條件下，即使鋼在爐內(nèi)時(shí)間較長(zhǎng)，脫碳并 不顯著，但高溫下停留的時(shí)間越長(zhǎng)，則脫碳層越厚。 (4)

4、鋼的成分鋼中含碳量越高，脫碳傾向越大。 3.2.2過熱和過燒 1.過熱 2.過燒 1.過熱 表3-4常見鋼的過熱溫度 2.過燒 表3-5部分鋼的過燒溫度 3.2.3導(dǎo)溫性的變化 熱導(dǎo)率()指在穩(wěn)定條件下，1m厚的物體，兩側(cè)面溫差為1，1h內(nèi)通過1m2面 積傳遞的熱量。 圖3-7幾種鋼的熱導(dǎo)率隨溫度變化的規(guī)律 圖3-8幾種鋼的熱擴(kuò)散率隨溫度變化的規(guī)律 3.2.4應(yīng)力的變化 1.溫度應(yīng)力 2.組織應(yīng)力 1.溫度應(yīng)力 2.組織應(yīng)力 圖3-9圓柱體坯料加熱過程中溫度 圖3-10鋼料加熱過程切向應(yīng)力 3.3鍛造溫度范圍的確定 3.3.1鍛造溫度范圍確定的原則及方法 3.3.2始鍛溫度的確定 3.3.3終

5、鍛溫度的確定 金屬的鍛造溫度范圍是指開始鍛造溫度(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。 鍛造溫度范圍的確定應(yīng)遵循以下原則：金屬在鍛造溫度范 圍內(nèi)應(yīng)具有較高的塑性和較小的變形抗力，使鍛件獲得良 好的內(nèi)部組織和力學(xué)性能。在此前提下，為了減少鍛造火 次，降低消耗，提高生產(chǎn)效率并方便現(xiàn)場(chǎng)操作，應(yīng)力求擴(kuò) 大鍛造溫度范圍。 確定鍛造溫度范圍的基本方法：運(yùn)用合金相圖、塑性圖、 抗力圖及再結(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)踐中檢驗(yàn)和修訂。 3.3.1鍛造溫度范圍確定的原則及方法 圖3-11MB5鎂鋁二元合金相圖 圖3-

6、12MB5合金的塑性圖 圖3-13各種有色金屬、合金的抗力圖 圖3-142A02硬鋁在鍛錘下壓縮的再結(jié)晶圖 確定始鍛溫度時(shí)，首先應(yīng)保證金屬不產(chǎn)生過熱、 過燒，有時(shí)還要受高溫析出相的限制。始鍛溫度 高，則金屬的塑性好，抗力小，變形時(shí)消耗的能 量小，鍛造時(shí)可以采取較大的變形量。但加熱溫 度過高，不但氧化、脫碳嚴(yán)重，還會(huì)引起過熱、 過燒。對(duì)于碳鋼，圖3-15碳鋼的鍛造溫度范圍 為了防止產(chǎn)生過熱、過燒，其始鍛溫度一般比鐵 碳相圖的固相線低150250，如圖3-15所示。 由圖可見，隨著含碳量增加，鋼的熔點(diǎn)降低，其 始鍛溫度也相應(yīng)降低。 3.3.2始鍛溫度的確定 圖3-15碳鋼的鍛造溫度范圍 表3-6部

7、分金屬材料的鍛造溫度范圍 3.4鍛造的加熱規(guī)范 3.4.1裝爐溫度 3.4.2加熱速度 3.4.3均熱保溫 3.4.4加熱時(shí)間 3.4.5鋼錠、鋼坯、鋼材的加熱規(guī)范 圖3-16鈉的鍛造加熱曲線類型 a) 一段式加熱曲線b) 二段式加熱曲線c) 三段式 加熱曲線d) 四段式加熱曲線e) 五段式加熱曲線 v金屬允許的加熱速度最大可能的加熱速度 3.4.1裝爐溫度 裝爐溫度可按溫度應(yīng)力和坯料斷面最大允許溫差t 來(lái)確定。根據(jù)對(duì)加熱溫度應(yīng)力的理論分析，計(jì)算式為 t=1.4E 式中，t是圓柱體坯料表面與中心的最大允許溫差 ()；是許用應(yīng)力(MPa)，可按相應(yīng)溫度下的抗拉 強(qiáng)度計(jì)算；是線膨脹系數(shù)(-1)；E

8、是彈性模量(MPa)。 圖3-17圓柱坯料允許裝爐溫度與最大允許溫差的關(guān)系 R坯料半徑熱導(dǎo)率 圖3-18鋼錠加熱的裝爐溫度及保溫時(shí)間 1組冷錠的裝爐溫度2組冷錠的裝爐溫度 3組冷錠的裝爐溫度4熱錠的裝爐溫度 -在裝爐溫度下的保溫時(shí)間 表3-7鋼號(hào)分組 3.4.2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升高的速 度，其單位為/h，也可用單位時(shí)間加熱的厚度來(lái)表示，其單位為mm/min。 最大可能的加熱速度是指爐子本身可能達(dá)到的最大加熱速度。其取決于 爐子結(jié)構(gòu)、燃料種類、燃燒情況、坯料的形狀尺寸及其在爐中的擺放方 法等。 坯料允許的加熱速度是指為保證坯料加熱質(zhì)量及完整性所

9、允許的最大加 熱速度，受加熱時(shí)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力的限制，與坯料的導(dǎo)溫性、力學(xué)性能 及坯料尺寸有關(guān)。 根據(jù)加熱時(shí)坯料表面與中心的最大允許溫差而確定的圓柱體坯料最大 允許加熱速度可按下式計(jì)算，即 表3-8溫度頭與加熱時(shí)間及斷面溫差的關(guān)系 3.4.3均熱保溫 表3-9鋼錠加熱的最大保溫時(shí)間 3.4.4加熱時(shí)間 1.有色金屬的加熱時(shí)間 2.鋼材(或中小鋼坯)的加熱時(shí)間 3.鋼錠(或大型鋼坯)的加熱時(shí)間 2.鋼材(或中小鋼坯)的加熱時(shí)間 (1) 半連續(xù)爐中加熱，加熱時(shí)間的計(jì)算方法 (2) 室式爐加熱，加熱時(shí)間的確定方法直徑小于200mm的鋼坯 加熱時(shí)間，可按圖3-19確定。 圖3-19中小鋼坯在室式爐中的加熱時(shí)間 表3-10鋼坯(直徑200350mm)加熱時(shí)間 3.鋼錠(或大型鋼坯)的加熱時(shí)間 圖3-20結(jié)構(gòu)鋼熱錠及熱鋼坯的加熱時(shí)間 1加熱到鍛造溫度的時(shí)間 2加熱及在鍛造溫度下的保溫時(shí)間 3.4.5鋼錠、鋼坯、鋼材的加熱規(guī)范 1.鋼錠和大鋼坯的加熱規(guī)范 2.中、小型鋼坯的加熱規(guī)范 1.鋼錠和大鋼坯的加熱規(guī)范 (1) 冷錠加熱規(guī)范冷錠加熱的關(guān)鍵在低溫階段，在此階段必須 限制裝爐溫度和加熱速度。 (2) 熱錠加熱規(guī)范熱錠的加熱規(guī)范主要取決于它的斷面尺寸，