鋼的鍛造溫度范圍

1、鋼的鍛造溫度范圍鍛造熱力標(biāo)準(zhǔn)是指鍛造時(shí)所選用的一些熱力 學(xué)參數(shù)，包括鍛造溫度、變形程度、應(yīng)變速率、應(yīng)力狀 態(tài)鍛造方法、加熱加冷卻速度等。這些參數(shù)直接影 響著金屬材料的可鍛性及鍛件的組織和性能，合理選擇上述幾個(gè)熱力學(xué)參數(shù)，是制訂鍛造工藝的重要環(huán)節(jié)。 確 定鍛造熱力學(xué)參數(shù)的主要依據(jù)是鋼或合金的狀態(tài)圖、塑性圖、變形抗力圖及再結(jié)晶圖等。用這些資料所確定的 熱力學(xué)參數(shù)還需要通過各種試驗(yàn)或生產(chǎn)實(shí)踐來進(jìn)行驗(yàn) 證和修改。在確定鍛造熱力學(xué)參數(shù)時(shí)，并不是在任何情況 下，都需要上述的所有資料。當(dāng)對(duì)鍛件的組織和性能沒 有嚴(yán)格要求時(shí)，往往只要有塑性圖及變形抗力圖就夠 了。假設(shè)對(duì)鍛件的晶粒大小有嚴(yán)格要求， 而且在機(jī)械性能

2、 方面也有硬性規(guī)定時(shí)，除狀態(tài)圖、塑性圖和變形抗力圖 之外，還需要參考再結(jié)晶圖以及能說明所采用熱力標(biāo)準(zhǔn) 是否能保證產(chǎn)品機(jī)械性能的資料。鍛造溫度范圍是指始鍛溫度和終鍛溫度之間 的一段溫度間隔。確定鍛造溫度的根本原那么是， 就能保 證金屬在鍛造溫度范圍內(nèi)具有較高的塑性和較小的變形抗力， 并得到所要求的組織和性能。 鍛造溫度范圍應(yīng) 盡可能寬一些，以減少鍛造火次，提高生產(chǎn)率。碳鋼的鍛造溫度范圍如圖 10鐵- 碳狀態(tài)圖 中的陰影線所示。在鐵碳合金中參加其他合金元素后， 將使鐵- 碳狀態(tài)圖的形式發(fā)生改變。一些元素如 Cr,V,W,Mo,Ti,Si 等縮小 r 相區(qū)，升高 A3 和 A1 點(diǎn)；而 另一些元素如

3、Ni,Mn等擴(kuò)大r相區(qū)，降低A和A 點(diǎn)。所有合金元素均使S點(diǎn)和E點(diǎn)左移。由此可見，合 金結(jié)構(gòu)鋼和合金工具鋼也可參照鐵 - 碳狀態(tài)圖來初步確 定鍛造溫度范圍，但相變點(diǎn)如熔點(diǎn)，A, Al , ACm等那么需改用各具體鋼號(hào)的相變點(diǎn)。1始鍛溫度始鍛溫度應(yīng)理解為鋼或合金在加熱爐內(nèi)允許 的最高加熱溫度。 從加熱爐內(nèi)取出毛坯送到鍛壓設(shè)備上 開媽鍛造之前， 根據(jù)毛坯的大小、 運(yùn)送毛坯的方法以及 加熱爐與鍛壓設(shè)備之間距離的遠(yuǎn)近， 毛坯有幾度到幾十 度的溫降。因此，真正開始鍛造的溫度稍低，在始鍛之 前，應(yīng)盡量減小毛坯的溫降。合金結(jié)構(gòu)鋼和合金工具鋼的始鍛溫度主要受 過熱和過燒溫度的限制。鋼的過燒溫度約比熔點(diǎn)低 10

4、0150C,過熱溫度又比過燒溫度低約 50C，所以 鋼的始鍛溫度一般應(yīng)低于熔點(diǎn) 或低于狀態(tài)圖固相線溫 度150 200C。碳含量對(duì)鋼的鍛造上限溫度具有最重要的影 響。對(duì)于碳鋼，由狀態(tài)圖圖 10可看出，始鍛溫度 隨含碳量的增加而降低。 對(duì)于合金結(jié)構(gòu)鋼和合金工模具 鋼，通常始鍛溫度隨含碳量的增加降低得更多。鑄態(tài)的原始晶粒組織比擬穩(wěn)定，過熱傾向小， 因此鋼錠的始鍛溫度可比同鋼種的鋼坯和鋼材高2030C。所謂過熱，是指鋼料加熱超過某一定溫度時(shí)， 便產(chǎn)生奧氏體晶粒急劇長大的現(xiàn)象。 不同鋼種對(duì)過熱的 敏感程度不同， 軟碳鋼對(duì)過熱的敏感性最小， 而合金鋼 那么容易過熱， 在對(duì)過熱敏感的鋼種中， 以鎳鉻鉬鋼最

5、為 突出。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，冶煉方法對(duì)鋼的過熱溫度具有顯著 影響。真空自耗重熔及電渣重熔鋼比具有相同化學(xué)成分 的電弧爐鋼非真空的過熱起始溫度低，這是由于鋼 中非金屬夾雜物極少存在， 而超純鋼容易出現(xiàn)晶粒長大 所致。 由于鋼的純度而使過熱起始溫度降低的程度， 已 知為15C以上，。曾有過報(bào)導(dǎo)，這種溫度降低可高達(dá) 100C。重要用途的高強(qiáng)度鋼，如鎳鉻鉬鋼、鉻鉬釩鋼、 鎳鉻鉬釩鋼等， 其特種熔煉鋼的過熱起始溫度較用空氣 熔煉的同種鋼低3040C。例如40CrMnSiMoVA電渣鋼 和電弧爐鋼的過熱溫度分別為 1160C和1200C。因此， 應(yīng)分別確定真空重熔及電渣重熔鋼的過熱起始溫度， 其 始鍛溫度一般應(yīng)相

6、應(yīng)降低 2040C。一般過熱的結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)過正常熱處理 正火、淬 火之后，組織可以改善，性能也隨之恢復(fù)，此種過熱 稱為不穩(wěn)定過熱。但是 Ni-Cr ， Cr-Ni-Mo ， Cr-Ni-W ， Cr-Ni-Mo-V 系多數(shù)合金結(jié)構(gòu)鋼嚴(yán)重過熱之后，用正常 熱處理工藝， 組織也極難改善， 此種過熱稱為穩(wěn)定過熱。 穩(wěn)定過熱時(shí)， 除奧氏體晶粒大外， 沿原奧氏體晶界析出 有硫化物MnS等異相質(zhì)點(diǎn)。硫化物質(zhì)點(diǎn)越多，原奧 氏體晶界也就越穩(wěn)定。 雖然在以后的正火、 淬火時(shí)鋼重 新奧氏體化了，但原奧氏體晶界上硫化物等質(zhì)點(diǎn)的分 布、大小和形狀不會(huì)受到多大程度的改變， 結(jié)果形成了 穩(wěn)定過熱。過熱組織，由于晶粒粗大，引起

7、機(jī)械性能降 低，尤其是沖擊韌性的降低。鋼的過熱與化學(xué)成分、冶煉方法、鍛造溫度、 熱變形量、 鍛后冷卻速度及爐溫均勻性等因素有關(guān)。因始鍛溫度過高或加熱時(shí)間過長引起的過熱， 雖然經(jīng)鍛造 變形可以破碎過熱粗晶， 但往往受鍛造變形量及變形均 勻性的限制， 對(duì)于較嚴(yán)重過熱， 鍛造變形也不易完全消 除。所以應(yīng)確定平安的始鍛溫度，以防止產(chǎn)生過熱。至于過燒，由于鍛造加熱溫度更高，鋼的晶粒極為粗大， 且氧原子沿晶界侵入，形成網(wǎng)絡(luò)狀氧化物及易熔氧化物 共晶，使晶粒間的結(jié)合力大大減弱，在隨后熱變形時(shí)極 易產(chǎn)生開裂。也啊a. 9 t i s i. J i圖10 鐵-碳狀態(tài)圖2 終鍛溫度終鍛溫度主要應(yīng)保證在結(jié)束鍛造之前

8、鋼仍具 有足夠的塑性，以及鍛件在鍛后獲得再結(jié)晶組織。合金結(jié)構(gòu)鋼的含碳量一般在 0.12%0.5%之 間，其退火狀態(tài)的金相組織分類屬亞共析鋼。合金工具鋼的含碳量為0.7%1.5%,是在碳素工具鋼的根底上 開展起來的，其退火組織一般屬過共析鋼。參考圖10,對(duì)于過共析鋼溫度降至SE線Am以下即開始析出二 次碳化物對(duì)于合金鋼那么為合金碳化物，且沿晶界呈 網(wǎng)狀分布， 為了打碎網(wǎng)狀滲碳體， 使之成為粒狀或斷續(xù) 網(wǎng)狀分布，應(yīng)在 Am以下兩相區(qū)繼續(xù)鍛打，當(dāng)溫度下降 到一定程度時(shí)那么因塑性顯著下降而必須終止鍛造。 過共 析鋼的終鍛溫度一般應(yīng)高于 Al SE線50100C以 上。鋼料在高溫單相區(qū)例如圖10所示GS

9、E線以 上的奧氏體區(qū) 具有良好的塑性。 所以對(duì)于亞共析鋼一 般應(yīng)在A以上1550C結(jié)束鍛造，但對(duì)于低碳亞共析 鋼通過試驗(yàn)可知，在 GS A以下的兩相區(qū)也有足 夠的塑性因低碳鋼中的鐵素體與奧氏體性能相差不 大，因此終鍛溫度可取在 GS線以下。鑄錠在未完全轉(zhuǎn)變?yōu)殄憫B(tài)之前，由于塑性較低，其終鍛溫度應(yīng)比鍛坯的高 3050C。 此外，鍛件終鍛溫度與變形程度有關(guān)。 假設(shè)最后 的鍛造變形程度很小， 變形量不大，不需要大的鍛壓力， 即使終鍛溫度低一些也不會(huì)產(chǎn)生裂紋。故對(duì)精整工序、 校正工序，終鍛溫度允許經(jīng)規(guī)定值低 5080 C。當(dāng)亞共析鋼在 A和Ai溫度區(qū)間鍛造時(shí)，由于 溫度低于A,所以鐵素體從奧氏體中析出，

10、在鐵素體和 奧氏體兩相共存情況下繼續(xù)進(jìn)行鍛造變形時(shí)， 將形成鐵 素體與奧氏體的帶狀組織，只是鐵素體比奧氏體更細(xì) 長，而奧氏體在進(jìn)一步冷卻時(shí) 低于 A1 溫度轉(zhuǎn)變?yōu)橹?光體，所以室溫下見到鐵素體與珠光體沿主要伸長方向 呈帶狀分布。 這種帶狀組織可以通過重結(jié)晶退火 或正 火予以消除。終鍛溫度過高， 停鍛之后， 鍛件內(nèi)部晶粒會(huì)繼 續(xù)長大， 形成粗晶組織。 例如亞共析鋼的終鍛溫度假設(shè)比 A3高出太多，鍛后奧氏體晶粒將再次粗化。在一定范圍 的冷卻速度下， 魏氏組織容易在粗大晶粒的奧氏體中產(chǎn) 生，它是由在一定晶面析出的鐵素體和珠光體所構(gòu)成 圖 11。魏氏組織是鋼產(chǎn)生過熱的組織特征，假設(shè)魏 氏組織特別嚴(yán)重時(shí)

11、，僅用退火或正火也難以完全消除， 必須用鍛造予以矯正。需要指出的是， 根據(jù)狀態(tài)圖大致確定的鍛造溫 度范圍， 還需要根據(jù)鋼的塑性圖、 變形抗力圖等資料加 以精確化。 這是因?yàn)闋顟B(tài)圖是在實(shí)驗(yàn)室中一個(gè)大氣壓及 緩慢冷卻的條件下作出的， 狀態(tài)圖上的臨界點(diǎn)與鋼在鍛 造時(shí)的相變溫度并不一致。下面舉例說明。常用30CrMnSiA鋼的熔點(diǎn)為1380C, A為 830C, A為760C。根據(jù)狀態(tài)圖臨界點(diǎn)確定的鍛造溫 度范圍為5801200C。圖12為30CrMnSiA鋼的塑性 圖及變形抗力圖，可以看出，在 1200C時(shí)，鋼的ak值開始有較多的下降，所以始鍛溫度取為1180C。在850C時(shí)，T b還未顯著上升，故

12、可定為終鍛溫度。圖11 45Mn2鋼的過熱魏氏 圖12 30CrMnSiA鋼的塑性圖組織X 100及變形抗力圖由于生產(chǎn)條件不同，各工廠所用的鍛造溫度范 圍也不完全相同。合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛造溫度范圍見表 4。 合金結(jié)構(gòu)鋼鋼錠鍛造溫度范圍見表 5。合金工具鋼、彈 簧鋼和滾珠軸承鋼的鍛造溫度范圍見表 6。表4 合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛造溫度和加熱標(biāo)準(zhǔn)鋼的牌號(hào)鍛造溫度/ c加熱溫度+30C/- 10C保溫時(shí)間 -1 min mm始鍛終鍛10, 15, 20, 25, 30,35, 40, 45, 50120080012000.25 0.712CrNi3A,12CrNi4A118085011800.3 0.814Cr

13、M nSiNi2MoA118085011800.3 0.815CrA120080012000.3 0.815Cr2 Mn Ni2TiA118085011800.3 0.816Cr2 Mn TiA120080012000.3 0.818Cr2Ni4WA118085011800.3 0.813Ni5A,21Ni5A118085011800.3 0.820CrNi3A118085011800.3 0.825CrM nN iTiA118085011800.3 0.830CrM nSiA118085011800.3 0.830Cr2Ni2WA118085011800.3 0.830Cr2Ni2WVA11

14、8085011800.3 0.830CrM nSiNi2A118085011800.3 0.837CrNi3A118085011800.3 0.838CrA120080012000.3 0.838CrMoAlA118085011800.3 0.840CrVA118085011800.3 0.840CrNiMoA118085011800.3 0.840CrNiWA118085011800.3 0.840CrM nSiMoVA115085011500.3 0.850CrVA118085011800.3 0.820MnA120080012000.3 0.840CrMnA115080011500.3

15、0.812Cr2Ni4A118085011800.3 0.813CrNi5A,21CrNi5A118085011800.3 0.840CrA120080012000.3 0.820CrM nTiA120080012000.3 0.8表5 合金結(jié)構(gòu)鋼鋼錠的鍛造溫度和加熱標(biāo)準(zhǔn)裝料加熱溫度/c加熱時(shí)間/h鍛造溫度/ c鋼的牌號(hào)爐溫600kg1200 600kg1200 終/ C1600kg1600kg始鍛錠錠錠錠鍛10 4015 40Mn不限1050 1050 3.561160»80045 551260128045 50Mn10 15Cr1050CrV112 0 1120 1640CrM

16、nTi< 9001240126046.51160»8001535CrM nSi40CrM nSiMoV35 38CrMoAl< 9001050 1100 46.51160»800120012002530Ni<85010501100 >4> 6.51120，800表6合金工具鋼、彈簧鋼和滾珠軸承鋼的鍛造溫度鋼類鋼 號(hào)鍛造溫度/c始鍛終鍛碳素工具鋼T7，T7A, T8，T8A1150800T9，T9A, T10，T10A1100770T11，T11A T12，T12A T13, T13A1050750合金 工 具9Mn2 9Mn2V MnSi，6MnSiV, 5SiMnMoV9SiCr，SiCr，Cr21100800Cr，Cr06，8Cr1050850Cr121080840CrMn, 5CrMnMo1100800CrW Cr12W1150850鋼3Cr2W8V1120850CrWM n11008009CrWMn 5CrW2S, 6CrW2S, 4CrW2Si 1100850Cr12MoV11008403CrAI , CrV10508508CrV11208005CrNiMo, W1, W211008005W2CrSiV 4W2CrSiV 3W2CrSiV WCrVW3CrV10508503W4