第2章鍛造用原材料及坯料準備

1、第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 第第2 2章章 鍛造用原材料及鍛造用原材料及坯料準備坯料準備第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 2.1 2.1 鍛造用鋼錠結構鍛造用鋼錠結構一、鋼錠結構（冒口、錠身和底部組成）一、鋼錠結構（冒口、錠身和底部組成） 鍛造用鋼基本上是鎮(zhèn)靜鋼，我國鍛造用大型鋼錠有兩種規(guī)格，一種是普通鍛件用 的 4 錐 度 、 高 徑 比 為1.82.3、冒口比例為17的鋼錠；另一種是優(yōu)質鍛件用的1112錐度、高徑比為15左右、冒口比例為2024的鋼錠。第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 二二 大型鋼錠的內部缺陷大型

2、鋼錠的內部缺陷 大型鋼錠的內部缺陷有：偏析、夾雜、氣體、縮孔、疏松和濺疤等。并且不可避免。鋼錠愈大，缺陷愈嚴重，往往是造成大型鍛件報廢的主要原因。第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 1、偏析、偏析: 鋼錠內部化學成分和雜質分布的不均勻性稱為偏析。 偏析可分為樹枝狀偏析(或顯微偏析)和區(qū)域偏析(或低倍偏析)兩種。樹枝狀偏析是指鋼錠在晶體范圍內化學成分的不均勻性。 樹枝狀偏析通過鍛造和鍛后熱處理可以消除；區(qū)域偏析是指鋼錠在宏觀范圍內的不均勻性，可通過變形減小危害性。原因：選擇性結晶、比重差異或流速不同造成的；原因：選擇性結晶、比重差異或流速不同造成的；措施：變形和熱處理可消除

3、或減小。措施：變形和熱處理可消除或減小。第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 2、夾雜、夾雜 : 鋼錠內部不溶解于基體金屬的非金屬化合物，經過加熱與冷卻熱處理仍不能消失，稱為非金屬夾雜物，通稱夾雜。大型鍛件內部通常存在的非金屬夾雜有：硅酸鹽、硫化物和氧化物等，它們的主要特征見表2-1。 表表2-1 夾雜主要特征夾雜主要特征第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 危害：夾雜破壞金屬的連續(xù)性，容易發(fā)生顯微裂紋，會降低鍛件的機械性能。 在夾雜的含量、種類、大小、分布狀況等因素中，以夾雜的大小和分布狀態(tài)對鍛件質量影響最大。 如果分布在晶界上的低熔點夾雜(硫化物)過

4、多時，鍛造會引起熱脆現(xiàn)象，嚴重地降低鋼的鍛造性能。了解夾雜在鋼錠中的分布，對指導大鍛件生產非常重要。危害最大的粗大夾雜，主要分布在鋼錠底部，而引起熱脆危險的硫化物夾雜多出現(xiàn)在鋼錠心部且接近冒口區(qū)。措施：變形改變分布。第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 3 3、氣體、氣體 在鋼錠中常見的殘存氣體有氧、氮、氫等。其中氧和氮在鋼錠里最終以氧化物和氮化物存在-夾雜。氫是鋼中危害性最大的氣體，它在鋼中的含量超過一定極限值時，會在鍛后冷卻過程中，在鍛件內部產生白點和氫脆缺陷使鋼的塑性顯著下降。措施：措施：降低氣體含量，控制爐氣。降低氣體含量，控制爐氣。第第2章章 鍛造用原材料及坯料準

5、備鍛造用原材料及坯料準備 4 4、縮孔和疏松縮孔和疏松 縮孔縮孔是在冒口區(qū)形成的，此區(qū)凝固最遲，由于沒有鋼液補充而造成不可避免缺陷。縮孔的大小與位置和錠模結構及澆注工藝有關。措施措施：錠模適當，冒口位置正確，采用保溫等。一般情況下，鍛造時將縮孔與冒口一并切除、否則因縮孔不能鍛合而造成內部裂縫，導致鍛件報廢。 疏松疏松是由于晶間鋼液最后凝固收縮造成的晶間空隙和鋼液凝固過程中析出氣體構成的顯微孔隙。這些孔隙在區(qū)域偏析處較大者變?yōu)槭杷桑跇渲чg處較小的孔隙則變?yōu)獒樋?。危害：危害：縮孔和疏松使鋼錠組織致密程度下降，破壞了金屬的連續(xù)性，影響鍛件的力學性能。措施：措施：鍛造時要求大變形，以便鍛透鋼錠將疏

6、松消除。第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 鑄件經過軋制、擠壓或鍛造加工后、組織結構得到改善，性能相應提高。通常、變形越充分、殘存的鑄造缺陷就越少，材料質量提高的幅度也越大。但在軋、擠、鍛過程中、材料有可能產生新的缺陷。常見的缺陷如下；劃痕劃痕( (劃傷劃傷) )：金屬在軋制過程中，由于各種意外原因在其表面劃出傷痕，深度常達0.20.5mm，會影響鍛件質量。折疊：折疊：軋制時，軋材表面金屬被翻入內層并被拉長，折逢內由于有氧化物而不能被焊合，結果形成折疊。形成應力集中，影響鍛件的質量。發(fā)裂：發(fā)裂：鋼錠皮下氣泡被軋扁拉長破裂形成發(fā)狀裂紋，深度約為0.51.5mm。在高碳鋼和合

7、金鋼中容易產生這種缺陷。三、型材的常見缺陷三、型材的常見缺陷第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 結疤：結疤：澆注時，鋼液飛濺而凝固在鋼錠表面，在軋制過程中被輾軋成薄膜而附于軋材表面，其厚度約為1.5mm。碳化物偏析：通常在含碳量高的合金鋼中容易出現(xiàn)這種陷。其原因是鋼中的菜氏體共晶碳化物和二次網狀碳化物在開坯和軋制時未被打碎和不均勻分布所造成。危害：碳化物偏析會降低鋼的鍛造性能，容易引起鍛件開裂，熱處理淬火時容易局部過熱、過燒和淬裂，制成的刀具在使用時刃口易崩裂。措施：為了消除碳化物偏析所引起的不良影響，最有效的辦法是采用反復鐓拔工藝徹底打碎碳化物，使之均勻分布，并為其后的

8、熱處理作好組織準備。第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 白點：白點：白點是隱藏在鋼坯內部的一種缺陷。顯著降低鋼的韌性特征：特征：它在鋼坯的縱向斷口上呈圓形或橢圓形的銀白色斑點，在橫向斷口上呈細小裂紋，白點的大小不一，長度由1-20 mm不等或更長。原因：原因：一般認為白點是由于鋼中存在定量的氫和各種內應力組織應力、溫度應力、塑性變形后的殘余應力等)，并在其共同作用下產生的。當鋼中含氫量較多和熱壓力加工后冷卻太快時容易產生白點。措施：措施：首先應提高鋼的冶煉質量，盡可能降低氫的含量，其次采用緩慢冷卻的方法，讓氫充分逸出和減小各種內應力。第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造

9、用原材料及坯料準備 非金屬夾雜非金屬夾雜 在鋼中通常存在著硅酸鹽、硫化物和氧化物等非金屬夾雜物，這些夾雜物在軋制時被輾軋成條狀。危害：危害：夾雜物破壞基體金屬的連續(xù)性，嚴重時會引起鍛造開裂。措施：措施：通過變形改善。第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 粗晶環(huán)粗晶環(huán)：鋁合金、鎂合金擠壓棒材，在其橫斷面的外層環(huán)形區(qū)域，常出現(xiàn)粗大晶粒故稱為粗晶環(huán)。 粗晶環(huán)產生原因與很多因素有關，其中主要是由于擠壓過程中金屬與擠壓筒之間的摩擦過大表面溫降過快，破碎的晶粒未能再結晶，在其后淬火加熱時再結晶合并長大所致。危害：危害：鍛造時容易開裂，如粗晶環(huán)留在鍛件表層，將會降低鍛件的性能。措施措施：

10、鍛造前通常須將粗晶環(huán)車掉。第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 在上述中，劃痕、折迭發(fā)裂、結疤和粗晶壞等均屬于材料表面缺陷，鍛前應去除必免在鍛造過程中繼續(xù)擴展或殘留在鍛件表面，降低鍛件質量或導致鍛件報廢。 碳化物偏析、非金屬夾雜、自點等屬于材料內部缺陷，嚴重時將顯著降低鍛造性能和鍛件質量。因此，在鍛造前應加強材料質量檢驗，不合格材料不應投入生產。第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 下料是自由鍛和模鍛的第一道工序。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、不同的下料方式，直接影響著鍛件的精度、材料的消耗、模具與設備的安全以及

11、后續(xù)工材料的消耗、模具與設備的安全以及后續(xù)工序過程的穩(wěn)定。序過程的穩(wěn)定。 2.2 下料方法下料方法第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 下料方法的優(yōu)缺點下料方法的優(yōu)缺點 傳統(tǒng)的下料方法的下料品質均不太理想，傳統(tǒng)的下料方法的下料品質均不太理想，斷口不齊，坯料的長度與品質重復精度斷口不齊，坯料的長度與品質重復精度低。低。 離子束切割、電火花線切割等新型下料離子束切割、電火花線切割等新型下料方法，能鋸切很硬的材料，剪切品質很方法，能鋸切很硬的材料，剪切品質很好，但成本高，不宜用于大批量生產。好，但成本高，不宜用于大批量生產。 金屬帶鋸下料既能得到高的下料精度，金屬帶鋸下料既能得到

12、高的下料精度，又能適應大批量生產。又能適應大批量生產。第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 傳統(tǒng)的下料方式傳統(tǒng)的下料方式 ：第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 一、熱鍛原材料及下料方法第2章 鍛造用原材料及下料方法鋸切下料：鋸切下料： 斷面平整，尺寸準確；但生產效率低，有鋸口損失，且鋸條和鋸盤損耗也比較大。 圓盤鋸：圓盤鋸：d750mm，最大可達2m，在鋸斷大直徑圓鋼時，必須使用大直徑的圓鋸片，機器也變大。鋸縫越大，材料利用率越低。 弓形鋸：弓形鋸：d100mm,小直徑棒料可成捆鋸斷 高速帶鋸：高速帶鋸：生產效率高，且毛坯形狀規(guī)則。 弓形鋸、圓盤鋸、帶

13、鋸機鋸切坯料時消耗鋸縫的質量比為：1.56:1.87:1。第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 第2章 鍛造用原材料及下料方法帶鋸鋸切帶鋸鋸切金屬帶鋸主要由六個部分構成：金屬帶鋸主要由六個部分構成：變速機構變速機構鋸帶張緊裝置鋸帶張緊裝置無級變速液壓控制系統(tǒng)無級變速液壓控制系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)鋸刷鋸刷床身。床身。下圖為下圖為GZ4025GZ4025型臥式帶鋸的外形圖型臥式帶鋸的外形圖第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 第2章 鍛造用原材料及下料方法 圖圖2.2 GZ4025型臥式帶鋸的外形圖型臥式帶鋸的外形圖第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材

14、料及坯料準備 第2章 鍛造用原材料及下料方法雙雙金金屬屬鋸鋸帶帶 目前常用的金屬帶鋸鋸帶以高速鋼為齒部材料，以目前常用的金屬帶鋸鋸帶以高速鋼為齒部材料，以彈簧鋼為背部材料，通過電子束復合后開齒而成的雙彈簧鋼為背部材料，通過電子束復合后開齒而成的雙金屬鋸帶。金屬鋸帶。 圖圖2.3 電子束焊接的雙金屬鋸帶電子束焊接的雙金屬鋸帶第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 第2章 鍛造用原材料及下料方法典型鋸齒形狀如下圖：典型鋸齒形狀如下圖： (a)a(b)(b)(c)(d)(e) 圖圖2.4 典型鋸齒形狀典型鋸齒形狀(a) 標準齒；標準齒；(b) 強力齒；強力齒；(c) MG齒；齒；(

15、d) ACG齒；齒；(e) 變化齒變化齒第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 第2章 鍛造用原材料及下料方法剪切法：剪切法： 生產率高、操作簡單、切口無金屬損耗；但剪切面不平，略帶歪斜，普遍常用，d200mm。高碳鋼、合金鋼或斷面尺寸較大的鋼坯需預熱。一般棒料剪切法有：一般棒料剪切法有：剪床剪切、沖床剪切。 在剪床上剪切的棒料截面尺寸在 15 (150200）mm 。第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 第2章 鍛造用原材料及下料方法特特點點：效率高效率高，操作操作簡單簡單，斷口，斷口無無金屬損托、模金屬損托、模具具費用費用低等。低等。缺點缺點：坯料局部

16、被壓扁；：坯料局部被壓扁；端面不端面不平整；剪斷面有毛刺和裂逢。平整；剪斷面有毛刺和裂逢。其剪切過程如圖：剪切下料過程可分為三個階段，其剪切過程如圖：剪切下料過程可分為三個階段，圖2.5 F-剪切力 FT-水平阻力 FO-壓板阻力a)出現(xiàn)裂縫b)裂紋擴展c)斷裂圖2.6 剪切下料過程第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 第2章 鍛造用原材料及下料方法影響剪切端面質量的因素：影響剪切端面質量的因素：刀刃銳利程度：刀刃銳利程度：刃口圓頓時，將擴大塑性變形區(qū)，刃尖處裂紋出現(xiàn)晚，結果剪切端面不平整。刀口間隙的大?。旱犊陂g隙的大?。旱犊陂g隙大，坯料容易產生彎曲，結果使斷面與軸線 不相

17、垂直，刃口間隙太小，容易碰損刀刃。支承情況：支承情況：若坯料支承不利，因彎曲使上下兩裂紋方向不相平行，斷口則偏斜。剪切速度快：剪切速度快：塑性變形區(qū)和加工硬化集中，上下兩邊裂紋方向一致，可獲平整斷口：剪切速度慢，情況則相反。方法：方法：按剪切溫度不同，分為冷剪切和熱剪切冷剪切生產率高，但需要較大的剪切力；強度高塑性差、截面尺寸大的鋼材，采用熱剪切。第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 圖圖2.7 徑向夾緊剪切原理徑向夾緊剪切原理1動剪刀；動剪刀；2夾緊塊；夾緊塊；3棒料；棒料；4靜剪刀；靜剪刀；5擋板擋板 徑向夾緊剪切原理如下圖所示：徑向夾緊剪切原理如下圖所示：第第2章章

18、鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 鍛造工藝對剪切的質量要求鍛造工藝對剪切的質量要求第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 圖圖2.8 全封閉剪切模具裝置全封閉剪切模具裝置1固定剪刀；固定剪刀；2坯料；坯料；3活動剪刀；活動剪刀；4滑板滑板5上壓頭；上壓頭；6打料銷；打料銷；7推料彈簧；推料彈簧；8推簧閥推簧閥9定位螺釘；定位螺釘；10滑輪；滑輪；11斜塊座；斜塊座；12復位彈簧復位彈簧13限位螺釘；限位螺釘；14棒料棒料第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 第2章 鍛造用原材料及下料方法折斷下料：折斷下料：適用于硬度較高的高碳鋼及高合金鋼。如G

19、Cr15，GSiMnMo等軸承鋼，加熱溫度為300-400。如圖1-4所示，先在待折斷處開一小缺口，在壓力F作用下，在缺口處產生應力集中使坯料折斷。特點：折斷法生產率高，斷口金屬損牦小 所用工具簡單，尤其適用硬度較高的鋼，如高碳鋼和合金鋼，不過這類鋼在折斷之前應預熱于300400圖2.9 折斷示意圖第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 第2章 鍛造用原材料及下料方法砂輪片切割法（無齒鋸）：砂輪片切割法（無齒鋸）：可切割d40mm以下的任何硬度的金屬毛坯。生產效率高，斷面平整，工作條件差。特點：設備簡單，操作方便，下料長度準確，端面平整。特點：設備簡單，操作方便，下料長度準確，端面平整。缺點：砂輪片耗量大，易蹦碎，噪聲大，缺點：砂輪片耗量大，易蹦碎，噪聲大，適用于切割小截面棒料管料和異形截面材料。適用于切割小截面棒料管料和異形截面材料。氣割氣割：主要用于大型鋼坯和鍛件的大斷面切割（斷面厚度可達1500mm以上）。陽極切割：陽極切割：被切材料尺寸為30-300mm第第2章章 鍛造用原材料及坯料準備鍛造用原材料及坯料準備 其它下料方法其它下料方法l可燃氣體熔斷：主要是在切斷的過程中受到可燃氣體熔