鍛前加熱與冷卻

1、三三. .金屬的加熱和鍛件冷卻金屬的加熱和鍛件冷卻l 鍛前加熱的目的及方法鍛前加熱的目的及方法l 金屬加熱時產生的變化金屬加熱時產生的變化l 金屬鍛造溫度范圍的確定金屬鍛造溫度范圍的確定l 金屬的加熱規(guī)范金屬的加熱規(guī)范l 鍛件的冷卻及方法鍛件的冷卻及方法加熱的目的：加熱的目的：為了提高金屬的塑性和降低變形抗力，以使為了提高金屬的塑性和降低變形抗力，以使金屬易于流動成形并獲得良好的鍛后組織和力學性能。金屬易于流動成形并獲得良好的鍛后組織和力學性能。3.1 3.1 鍛前加熱的目的及方法鍛前加熱的目的及方法加熱方法加熱方法燃料加熱燃料加熱電加熱電加熱（通用性強，投資少，費用低；勞動條件差，質量難以控

2、制）（通用性強，投資少，費用低；勞動條件差，質量難以控制）電阻加熱電阻加熱感應加熱感應加熱（趨膚效應、工頻（趨膚效應、工頻（50Hz）、中頻）、中頻 和高頻（和高頻（1000Hz）電阻爐加熱電阻爐加熱接觸電加熱接觸電加熱鹽浴爐加熱鹽浴爐加熱（加熱速度快，爐溫控制準確，加熱質量好，工件氧化少勞動（加熱速度快，爐溫控制準確，加熱質量好，工件氧化少勞動 條件好，自動化高；設備投資大，電費貴，加熱成本高）條件好，自動化高；設備投資大，電費貴，加熱成本高）固體（煤、焦油）；液體（重油、柴油）；氣體固體（煤、焦油）；液體（重油、柴油）；氣體電阻加熱電阻加熱3.2 3.2 金屬金屬加熱時產生的變化加熱時產生

3、的變化 加熱過程中金屬在組織結構、力學性能、理化性能各加熱過程中金屬在組織結構、力學性能、理化性能各方面都會發(fā)生顯著的變化。方面都會發(fā)生顯著的變化。 氧化氧化鋼料加熱到高溫時，表層中的鐵與爐內的氧化性氣體發(fā)生 化學反應，在鋼料表層形成氧化鐵皮。主要影響因素：爐氣性質、加熱溫度、加熱時間、鋼的種類等。主要危害：影響鍛件表面尺寸和精度；模具和機加工刀具嚴重磨損。3.2 3.2 金屬金屬加熱時產生的變化加熱時產生的變化 加熱過程中金屬在組織結構、力學性能、理化性能各加熱過程中金屬在組織結構、力學性能、理化性能各方面都會發(fā)生顯著的變化。方面都會發(fā)生顯著的變化。 脫碳脫碳鋼料在加熱時，其表層的碳和爐氣中

4、的某些氣體發(fā)生 化學反應，使鋼料表面的含碳量降低。氧化介質都是脫碳介質，因此在氧化性爐氣中加熱將同時產生氧化和脫碳。主要危害：鍛件表層變軟，強度、耐磨性和疲勞性能降低。主要影響因素：爐氣性質、加熱溫度、加熱時間、鋼的成分等。Cr、Mn阻止脫碳；Co、Al、W、Si促進脫碳3.2 3.2 金屬金屬加熱時產生的變化加熱時產生的變化 過熱過熱金屬由于加熱溫度過高，加熱時間過長而引起晶粒過分 長大的現象。晶粒開始急劇長大的溫度成為過熱溫度。主要危害：塑性下降，晶粒粗大影響力學性能。C、Mn、S、P 增加過熱傾向；Ti、W、V、Nb 減小鋼的過熱傾向。穩(wěn)定過熱 or 不穩(wěn)定過熱?塑性變形的作用塑性變形可

5、以擊碎過熱形成的粗大晶粒，并破壞沿晶界析出相的網狀分布，從而改善和消除穩(wěn)定過熱。對于沒有相變重結晶的金屬（高溫合金及部分不銹鋼、鋁合金、銅合金）則不能用熱處理的辦法消除過熱組織，而要依靠較大變形量的鍛造來解決。3.2 3.2 金屬金屬加熱時產生的變化加熱時產生的變化 過燒過燒當金屬加熱到接近其熔化溫度（稱過燒溫度），并在此 溫度下停留時間過長時，將出現過燒現象。 晶粒粗大，晶界發(fā)生氧化、熔化，出現氧化物和熔化物以及裂紋。主要危害：強度、塑性大大下降。不能修復，只能報廢回爐。主要受化學成分影響，鋼中的Co、Ni易產生過燒；Al、W、Cr減輕過燒。3.2 3.2 金屬金屬加熱時產生的變化加熱時產生

6、的變化名稱名稱實實 質質危危 害害防止（減少）措施防止（減少）措施氧化氧化坯料表面鐵元素氧化 燒損材料；降低鍛件精度和表面質量；減少模具壽命在高溫區(qū)減少加熱時間；采用控制 爐氣成分的少無氧化加熱或電加熱等脫碳脫碳坯料表面碳分氧化降低鍛件表面硬度，表層易產生龜裂過熱過熱加熱溫度過高，停留時間長造成晶粒大鍛件力學性能降低，須再經過鍛造或熱處理才能改善控制加熱溫度，減少高溫加熱時間過燒過燒加熱溫度接近材料熔化溫度，造成晶粒界面雜質氧化坯料一鍛即碎，只得報廢裂紋裂紋坯料內外溫差太大，組織變化不勻造成材料內應力過大坯料產生內部裂紋，報廢某些高碳或大型坯料，開始加熱時應緩慢升溫碳鋼常見的加熱缺陷碳鋼常見的

7、加熱缺陷3.3 3.3 金屬鍛造溫度范圍的確定金屬鍛造溫度范圍的確定鍛造溫度范圍：始鍛溫度和終鍛溫度之間的一段溫度區(qū)間。確定原則：保證在范圍內具有良好的可鍛性，并獲得希望的組織和性能?；痉椒ǎ壕C合運用合金相圖、塑性圖、抗力圖和再結晶圖等，從塑性、 變形抗力和鍛件的組織性能三個方面進行綜合分析。合金相圖合金相圖 能直觀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，所以鍛造時應盡可能使合金處于單相狀態(tài)。從保證變形金屬具有較高可鍛性出發(fā)，運用塑性圖塑性圖和抗力圖抗力圖來確定合適的鍛造溫度范圍。再結晶圖再結晶圖 表示變形溫度、變形程度與鍛件晶粒尺寸之間

8、的關系，是通過試驗測繪的。始鍛溫度：高 可鍛性好過高氧化、脫碳、過熱/燒原則：保證鋼不產生過熱和過燒。一般應低于鐵碳平衡圖的固相線150250。始鍛溫度隨含碳量的增加而降低。以碳鋼為例確定：以碳鋼為例確定：終鍛溫度：過高晶粒繼續(xù)長大，機械性能降低過低（低于T再）加工硬化，可鍛性降低，殘余應力，開裂，不均勻原則：一般高于T再 50100。另外需考慮合金元素、合金類型的影響。 實際生產中，隨溫度的不同，鋼材對外表現出不同的顏色，鍛造時實際生產中，隨溫度的不同，鋼材對外表現出不同的顏色，鍛造時即可以根據鋼材的顏色大致估計其溫度，稱為即可以根據鋼材的顏色大致估計其溫度，稱為“看火色看火色”鋼材火色和溫

9、度鋼材火色和溫度火火 色色溫度（溫度（）火火 色色溫度（溫度（）暗棕色520580亮紅色830880棕紅色580650橘黃色8801050暗紅色650750橙黃色10501150暗櫻紅色750780亮黃色11501250櫻桃色780800白 色12501320亮桃紅色800830牌號牌號始鍛溫度始鍛溫度終鍛溫度終鍛溫度低碳鋼1250750451200 800T12A 115083065Mn1200830GCr15 1150850Cr12MoV1050900W18Cr4V1100900 在保證不出現加熱缺陷的前提下，始鍛溫度應盡量取高一些；在保證不出現加熱缺陷的前提下，始鍛溫度應盡量取高一些；在

10、保證塑性足夠的前提下，終鍛溫度應盡可能定低一些在保證塑性足夠的前提下，終鍛溫度應盡可能定低一些 常用鋼材的鍛造溫度范圍常用鋼材的鍛造溫度范圍3.4 3.4 金屬的加熱規(guī)范金屬的加熱規(guī)范加熱規(guī)范：加熱規(guī)范：就是金屬坯料從裝爐開始到加熱完了整個過程中，對爐就是金屬坯料從裝爐開始到加熱完了整個過程中，對爐溫和坯料溫度隨時間變化的規(guī)定。溫和坯料溫度隨時間變化的規(guī)定。加熱的要求加熱的要求：在坯料：在坯料均勻熱透均勻熱透的條件下，以的條件下，以最短的時間最短的時間獲得加工時獲得加工時所需要溫度，同時要所需要溫度，同時要保持坯料完整性保持坯料完整性，并使金屬及燃料的消耗最少。，并使金屬及燃料的消耗最少。斷面

11、上溫度指表面溫度與中心溫度之差斷面上溫度指表面溫度與中心溫度之差加熱時間的確定加熱時間的確定：小型鋼坯：小型鋼坯：大型鋼坯：大型鋼坯：3.5 3.5 鍛件的冷卻及方法鍛件的冷卻及方法 鍛件冷卻是保證鍛件質量的重要環(huán)節(jié)。鍛件冷卻是保證鍛件質量的重要環(huán)節(jié)。鍛件在冷卻過程中應盡量避免鍛件在冷卻過程中應盡量避免或減小內應力和裂紋的出現。或減小內應力和裂紋的出現。通常，鍛件中的碳及合金元素含量越多，鍛通常，鍛件中的碳及合金元素含量越多，鍛件體積越大，形狀越復雜，冷卻速度越要緩慢，否則會造成表面過硬不易件體積越大，形狀越復雜，冷卻速度越要緩慢，否則會造成表面過硬不易切削加工、變形甚至開裂等缺陷。常用的冷卻方法有三種切削加工、變形甚至開裂等缺陷。常用的冷卻方法有三種：空冷空冷、坑冷坑冷和和爐冷爐冷。方方 式式特特 點點適適 用用 場場 合合空 冷鍛后置空氣中散放，冷速快，晶粒細化低碳、低合金中小件或鍛后不直接切削加工件坑冷（箱冷）鍛后置干沙坑內或箱內堆在一起，冷速稍慢一般鍛件，鍛后可直接切削爐 冷鍛后置原加熱爐中，隨爐冷卻，冷速極慢含碳或含合金成分較高的中、大件，鍛后可切削鍛件常