鍛造工藝學(蘭州理工大學)

1、鍛鍛 造造 工工 藝藝 學學材料科學與工程學院Seite 2第一章 緒 論Seite 3塑性成型生產(chǎn)過程簡述原材料下料加 熱（在給定溫度）不加熱坯 料模具、工具潤滑機 器成型件成型后工序（切變、精整、清理、熱處理）鍛壓件或沖壓件（形狀與尺寸合格、組織性能合格）給給定定速速度度或或行行程程控控制制力力及及其其分分布布Seite 4什么是鍛造？什么是鍛造？金屬塑性加工方法之一金屬塑性加工方法之一鍛造是利用手錘、鍛錘或壓力設(shè)備上的模具對加鍛造是利用手錘、鍛錘或壓力設(shè)備上的模具對加熱的金屬坯料施力，使金屬材料在不分離條件下熱的金屬坯料施力，使金屬材料在不分離條件下產(chǎn)生塑性變形，以獲得形狀、尺寸和性能符

2、合要產(chǎn)生塑性變形，以獲得形狀、尺寸和性能符合要求的零件。為了使金屬材料在高塑性下成型，通求的零件。為了使金屬材料在高塑性下成型，通常鍛造是在熱態(tài)下進行，因此鍛造也禰為熱鍛。常鍛造是在熱態(tài)下進行，因此鍛造也禰為熱鍛。 Seite 5鍛造是一種通過模具和工具利用壓力使工件成型的鍛造是一種通過模具和工具利用壓力使工件成型的工藝方法，它是最古老的金屬加工方法之一，可以工藝方法，它是最古老的金屬加工方法之一，可以追溯到公元前追溯到公元前4000年年甚至甚至8000年。年。鍛造生產(chǎn)廣泛應(yīng)用于機械、冶金、造船、航空、航鍛造生產(chǎn)廣泛應(yīng)用于機械、冶金、造船、航空、航天、兵器以及其它許多工業(yè)部門。天、兵器以及其它

3、許多工業(yè)部門。Seite 6航空航天航空航天Seite 7武器裝備武器裝備Seite 8交通運輸交通運輸中國動車組列車中國動車組列車Seite 9全全 鋁鋁 汽汽 車車Seite 10 齒輪齒輪 曲軸曲軸 連桿連桿Seite 111任務(wù)：解決鍛件的成形及其內(nèi)部組織性能的任務(wù)：解決鍛件的成形及其內(nèi)部組織性能的控制，以獲得所需形狀、尺寸和質(zhì)量的鍛件?？刂?，以獲得所需形狀、尺寸和質(zhì)量的鍛件。2目的：鍛造的目的：鍛造的根本目的根本目的是利用外加載荷（沖是利用外加載荷（沖擊載荷或靜載荷）通過鍛壓設(shè)備或模具使金屬毛擊載荷或靜載荷）通過鍛壓設(shè)備或模具使金屬毛坯產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的鍛坯產(chǎn)生塑

4、性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的鍛件，同時使鍛件機械性能和內(nèi)部組織符合一定的件，同時使鍛件機械性能和內(nèi)部組織符合一定的技術(shù)的要求。技術(shù)的要求。Seite 12實質(zhì)實質(zhì)：鍛造工藝的實質(zhì)是如何利：鍛造工藝的實質(zhì)是如何利用金屬的塑性使金屬毛坯改變形用金屬的塑性使金屬毛坯改變形狀和性能而成為合格鍛件的加工狀和性能而成為合格鍛件的加工過程。過程。Seite 13一、鍛造生產(chǎn)的特點及其在國民經(jīng)濟中的作用一、鍛造生產(chǎn)的特點及其在國民經(jīng)濟中的作用（一）鍛造生產(chǎn)的優(yōu)點和缺點（一）鍛造生產(chǎn)的優(yōu)點和缺點 1優(yōu)點：優(yōu)點：優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗、靈活。優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗、靈活。 1) 優(yōu)質(zhì)優(yōu)質(zhì) 指可以改善金屬組織性能。指可

5、以改善金屬組織性能。 金屬零件的傳統(tǒng)生產(chǎn)過程是：金屬零件的傳統(tǒng)生產(chǎn)過程是： 冶煉冶煉制坯制坯切削加工切削加工熱處理熱處理 制坯有三條途徑：鑄造毛坯、軋制型材、鍛造毛坯。制坯有三條途徑：鑄造毛坯、軋制型材、鍛造毛坯。鑄造毛坯鑄造毛坯的組織性能差，只適用于性能要求低的零、部件的組織性能差，只適用于性能要求低的零、部件Seite 14鍛造：鍛造： 纖維組織纖維組織變形后的雜變形后的雜質(zhì)仍具有方向性，呈現(xiàn)纖維狀質(zhì)仍具有方向性，呈現(xiàn)纖維狀條紋條紋 鍛造流線鍛造流線變形后雜質(zhì)變形后雜質(zhì)的纖維分布，使組織、的纖維分布，使組織、 性能呈性能呈方向性方向性Seite 15鋼錠鍛造過程中纖維組織形成的示意鋼錠鍛造

6、過程中纖維組織形成的示意Seite 162) 高產(chǎn)高產(chǎn) 指機械化生產(chǎn)，生產(chǎn)率高指機械化生產(chǎn)，生產(chǎn)率高 二、三百件二、三百件/小時，現(xiàn)在更高了，一百多件小時，現(xiàn)在更高了，一百多件/分，分，1.2萬件萬件/小時。據(jù)統(tǒng)計，每模鍛小時。據(jù)統(tǒng)計，每模鍛100萬噸鋼，由于提高萬噸鋼，由于提高了生產(chǎn)率，可比切削加工減少了生產(chǎn)率，可比切削加工減少23萬工人，少用萬工人，少用15000臺機床。在現(xiàn)今技術(shù)水平條件下，幾乎任何一種金屬臺機床。在現(xiàn)今技術(shù)水平條件下，幾乎任何一種金屬材料都可用鍛造方法制成半成品零件，只是難易程度材料都可用鍛造方法制成半成品零件，只是難易程度不同而已。不同而已。Seite 17今天，鍛造

7、生產(chǎn)率提高，其鍛件精度也愈來愈高，可以達到今天，鍛造生產(chǎn)率提高，其鍛件精度也愈來愈高，可以達到甚至超過機械加工的一般精度水平，如各種冷溫擠壓標準件甚至超過機械加工的一般精度水平，如各種冷溫擠壓標準件、精鍛齒輪、精鍛葉片、精鍛軸類件等。、精鍛齒輪、精鍛葉片、精鍛軸類件等。西航建成國內(nèi)最大航空發(fā)動機葉片精鍛生產(chǎn)線西航建成國內(nèi)最大航空發(fā)動機葉片精鍛生產(chǎn)線Seite 183) 低消耗低消耗 指少、無切削，省工省料。指少、無切削，省工省料。 4) 靈活靈活 指鍛造可以鍛制形狀簡單的鍛件（如模塊、齒輪坯指鍛造可以鍛制形狀簡單的鍛件（如模塊、齒輪坯等），也可鍛制形狀復雜、不需或只需少量切削加工的精密等），也

8、可鍛制形狀復雜、不需或只需少量切削加工的精密鍛件（如曲軸、精鍛齒輪等）鍛件（如曲軸、精鍛齒輪等）鍛件的重量小的不到鍛件的重量小的不到1公斤公斤 大的可達幾百噸大的可達幾百噸單件小批量生產(chǎn)單件小批量生產(chǎn) 大批量生產(chǎn)。大批量生產(chǎn)。Seite 192缺點：缺點：1)模具成本高，加工周期長。模具成本高，加工周期長。 2)受鍛造設(shè)備噸位的限制。受鍛造設(shè)備噸位的限制。Seite 20（二）鍛造業(yè)的地位（二）鍛造業(yè)的地位鍛造在工業(yè)生產(chǎn)中占有鍛造在工業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重舉足輕重的地位。的地位。 鍛造生產(chǎn)能力及其工藝水平，對一個國家的鍛造生產(chǎn)能力及其工藝水平，對一個國家的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術(shù)的影響，難以工

9、業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術(shù)的影響，難以估量。估量。鍛造生產(chǎn)的能力在一定程度上鍛造生產(chǎn)的能力在一定程度上標志標志著一個國著一個國家的家的工業(yè)水平工業(yè)水平。Seite 21二、鍛件生產(chǎn)的分類及其工藝流程二、鍛件生產(chǎn)的分類及其工藝流程根據(jù)所用工具和生產(chǎn)工藝的不同可分為自由鍛造、模鍛和特根據(jù)所用工具和生產(chǎn)工藝的不同可分為自由鍛造、模鍛和特種鍛造。種鍛造。1自由鍛造自由鍛造 把加熱好的坯料放在自由鍛造設(shè)備的平砧之間把加熱好的坯料放在自由鍛造設(shè)備的平砧之間或簡單的工具中進行鍛造的方法稱為自由鍛?；蚝唵蔚墓ぞ咧羞M行鍛造的方法稱為自由鍛。一般由鍛工控制金屬的變形方向和形狀尺寸。一般由鍛工控制金屬的變形方向和形狀

10、尺寸。 手工鍛造手工鍛造自由鍛自由鍛 機械（錘上自由鍛和水壓機上自由鍛）機械（錘上自由鍛和水壓機上自由鍛）Seite 22Seite 23u自由鍛造主要用于鍛制鋼錠和形狀簡單、粗糙度自由鍛造主要用于鍛制鋼錠和形狀簡單、粗糙度要求較低、加工余量較大的鍛件生產(chǎn)。要求較低、加工余量較大的鍛件生產(chǎn)。u使用的是形狀簡單的通用工具，靈活性大，生產(chǎn)使用的是形狀簡單的通用工具，靈活性大，生產(chǎn)準備周期短，所以使用范圍廣。準備周期短，所以使用范圍廣。u鍛件力學性能和表面質(zhì)量受操作工人的影響較大鍛件力學性能和表面質(zhì)量受操作工人的影響較大，不易保證，生產(chǎn)效率低。，不易保證，生產(chǎn)效率低。Seite 24 自由鍛還可以借

11、助簡單的模具進行鍛造，稱自由鍛還可以借助簡單的模具進行鍛造，稱胎模鍛胎模鍛。 胎模鍛造是把加熱好的坯料用自由鍛方法預(yù)胎模鍛造是把加熱好的坯料用自由鍛方法預(yù)鍛成近似鍛件的形狀，然后在自由鍛設(shè)備上用胎鍛成近似鍛件的形狀，然后在自由鍛設(shè)備上用胎模終鍛成形（形狀簡單的鍛件可直接把坯料放入模終鍛成形（形狀簡單的鍛件可直接把坯料放入胎模內(nèi)成形），這種鍛造方法稱為胎模鍛造。胎模內(nèi)成形），這種鍛造方法稱為胎模鍛造。 Seite 252模鍛模鍛 把加熱好的坯料放在固定于模鍛設(shè)備上的把加熱好的坯料放在固定于模鍛設(shè)備上的模具內(nèi)進行鍛造的方法稱為模鍛。模具內(nèi)進行鍛造的方法稱為模鍛。由于模具型槽限制金屬的變形，而獲得與

12、型槽形狀由于模具型槽限制金屬的變形，而獲得與型槽形狀一致的鍛件。一致的鍛件。根據(jù)根據(jù)變形特點變形特點，分為開式模鍛和閉式模鍛。，分為開式模鍛和閉式模鍛。Seite 26根據(jù)根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)特性和工藝特性設(shè)備結(jié)構(gòu)特性和工藝特性的不同，分為錘上模鍛的不同，分為錘上模鍛（自由鍛錘上模鍛、高速錘上模鍛）、摩擦壓力機上（自由鍛錘上模鍛、高速錘上模鍛）、摩擦壓力機上模鍛、熱模鍛壓力機上模鍛、液壓機上模鍛、平鍛機模鍛、熱模鍛壓力機上模鍛、液壓機上模鍛、平鍛機上模鍛、專用鍛壓機上模鍛等。上模鍛、專用鍛壓機上模鍛等。模鍛適用于形狀復雜，尺寸精度較高，加工余量小，模鍛適用于形狀復雜，尺寸精度較高，加工余量小，批量生產(chǎn)

13、的中、小型鍛件。批量生產(chǎn)的中、小型鍛件。形狀和尺寸靠模具保證，人為影響因素小。形狀和尺寸靠模具保證，人為影響因素小。精密鍛件的成形也要通過模鍛來實現(xiàn)。精密鍛件的成形也要通過模鍛來實現(xiàn)。Seite 273特種鍛造特種鍛造 即在專用鍛壓設(shè)備上或在特殊模即在專用鍛壓設(shè)備上或在特殊模具型槽內(nèi)使坯料成形的一種特殊鍛造工藝。具型槽內(nèi)使坯料成形的一種特殊鍛造工藝。一般鍛造方法很難達到要求時，可用特種鍛造一般鍛造方法很難達到要求時，可用特種鍛造工藝。工藝。如精密模鍛，溫熱擠壓，輥鍛，電鐓，擺動輾如精密模鍛，溫熱擠壓，輥鍛，電鐓，擺動輾壓，粉末鍛造，液態(tài)模鍛，等溫模鍛和超塑性壓，粉末鍛造，液態(tài)模鍛，等溫模鍛和超

14、塑性模鍛等。模鍛等。Seite 28 鍛造工藝流程鍛造工藝流程是指生產(chǎn)一個鍛件所經(jīng)過的是指生產(chǎn)一個鍛件所經(jīng)過的鍛造生產(chǎn)過程。鍛造生產(chǎn)過程。以模鍛為例，其鍛造工藝流程是：以模鍛為例，其鍛造工藝流程是：備料備料加熱加熱模鍛模鍛切邊、沖孔切邊、沖孔熱處理熱處理酸洗、清理酸洗、清理校正。校正。Seite 29 一般來說，一種鍛件選用哪一種鍛造方法生產(chǎn)，與形狀、一般來說，一種鍛件選用哪一種鍛造方法生產(chǎn)，與形狀、尺寸、技術(shù)要求和生產(chǎn)批量大小等很多因素有關(guān)。尺寸、技術(shù)要求和生產(chǎn)批量大小等很多因素有關(guān)。通常，單件、小批量生產(chǎn)通常，單件、小批量生產(chǎn) 自由鍛方法自由鍛方法 大批量大批量 模鍛方法模鍛方法 生產(chǎn)生產(chǎn)

15、 但有些但有些航空重要產(chǎn)品航空重要產(chǎn)品上的鍛件，雖然批量不大，但由于流上的鍛件，雖然批量不大，但由于流線和性能等方面的要求，要求工藝的一致性等，通常也采用線和性能等方面的要求，要求工藝的一致性等，通常也采用模鍛方法生產(chǎn)。模鍛方法生產(chǎn)。Seite 30三、鍛造工藝的發(fā)展簡史及其發(fā)展趨勢三、鍛造工藝的發(fā)展簡史及其發(fā)展趨勢（一）鍛造技術(shù)的發(fā)展簡史（一）鍛造技術(shù)的發(fā)展簡史 人類在新石器時代末期，已開始以錘擊天然紅銅來制造人類在新石器時代末期，已開始以錘擊天然紅銅來制造裝飾品和小用品。中國約在公元前裝飾品和小用品。中國約在公元前2000多年已應(yīng)用冷鍛工多年已應(yīng)用冷鍛工藝制造工具，如甘肅武威皇娘娘臺齊家文

16、化遺址出土的紅藝制造工具，如甘肅武威皇娘娘臺齊家文化遺址出土的紅銅器物，就有明顯的錘擊痕跡。銅器物，就有明顯的錘擊痕跡。最初，人們靠掄錘進行鍛造，后來出現(xiàn)通過人拉繩索和滑最初，人們靠掄錘進行鍛造，后來出現(xiàn)通過人拉繩索和滑車來提起重錘再自由落下的方法鍛打坯料。車來提起重錘再自由落下的方法鍛打坯料。14世紀以后出世紀以后出現(xiàn)了畜力和水力落錘鍛?，F(xiàn)了畜力和水力落錘鍛。 Seite 31Seite 32為鍛銅浮雕。是為鍛銅浮雕。是手工鍛造作品。手工鍛造作品。手工鍛造是一種手工鍛造是一種古老的金屬加工古老的金屬加工工藝，是以手工工藝，是以手工鍛打的方式，在鍛打的方式，在金屬板上鍛錘出金屬板上鍛錘出各種高

17、低凹凸不各種高低凹凸不平的浮雕效果。平的浮雕效果。Seite 33 1842 1842年，英國的內(nèi)史密斯制成第一臺年，英國的內(nèi)史密斯制成第一臺蒸汽錘蒸汽錘，使，使鍛造進入應(yīng)用動力的時代。以后陸續(xù)出現(xiàn)鍛造水壓機鍛造進入應(yīng)用動力的時代。以后陸續(xù)出現(xiàn)鍛造水壓機、電機驅(qū)動的夾板錘、空氣鍛錘和機械壓力機。夾板、電機驅(qū)動的夾板錘、空氣鍛錘和機械壓力機。夾板錘最早應(yīng)用于美國內(nèi)戰(zhàn)錘最早應(yīng)用于美國內(nèi)戰(zhàn)(1861(18611865)1865)期間，用以模鍛期間，用以模鍛武器的零件，隨后在歐洲出現(xiàn)了武器的零件，隨后在歐洲出現(xiàn)了蒸汽模鍛錘蒸汽模鍛錘，模鍛工，模鍛工藝逐漸推廣。到藝逐漸推廣。到1919世紀末已形成近代鍛

18、壓機械的基本世紀末已形成近代鍛壓機械的基本門類。門類。 20 20世紀初期，隨著汽車開始大量生產(chǎn)，世紀初期，隨著汽車開始大量生產(chǎn)，熱模熱模鍛鍛迅速發(fā)展，成為鍛造的主要工藝。迅速發(fā)展，成為鍛造的主要工藝。Seite 34鍛壓經(jīng)過鍛壓經(jīng)過100多年的發(fā)展，今天已成為一多年的發(fā)展，今天已成為一門綜合性學科。門綜合性學科。它以塑性成形原理、金屬學、摩擦學為它以塑性成形原理、金屬學、摩擦學為理論基礎(chǔ)，同時涉及傳熱學、物理化學、理論基礎(chǔ)，同時涉及傳熱學、物理化學、機械運動等相關(guān)學科，以鍛造、沖壓等為機械運動等相關(guān)學科，以鍛造、沖壓等為技術(shù)，與其它學科一起支撐技術(shù)，與其它學科一起支撐機器制造業(yè)機器制造業(yè)。S

19、eite 35我國的鍛造生產(chǎn)與世界先進國家的水平相比我國的鍛造生產(chǎn)與世界先進國家的水平相比還有一定還有一定差距差距。表現(xiàn)在：表現(xiàn)在：1) 工業(yè)發(fā)達國家的模鍛件已占全部鍛件的工業(yè)發(fā)達國家的模鍛件已占全部鍛件的70以上，而我國尚不足以上，而我國尚不足30。 2) 國外有成千條鍛造自動生產(chǎn)線，大型自由鍛國外有成千條鍛造自動生產(chǎn)線，大型自由鍛造水壓機普遍配備了鍛造操作機等。而我國在這些造水壓機普遍配備了鍛造操作機等。而我國在這些方法還很薄弱。方法還很薄弱。 Seite 363) 精鍛技術(shù)和大型鍛件的生產(chǎn)水平與一些工業(yè)發(fā)精鍛技術(shù)和大型鍛件的生產(chǎn)水平與一些工業(yè)發(fā)展國家相比較低，一些航空產(chǎn)品上的精鍛件和重展

20、國家相比較低，一些航空產(chǎn)品上的精鍛件和重要的大型自由鍛件還常常需從國外進口。要的大型自由鍛件還常常需從國外進口。4) 在在CAD/CAM方面，一些發(fā)達國家已進入實用方面，一些發(fā)達國家已進入實用階段，在這些方面，我國還剛剛起步。階段，在這些方面，我國還剛剛起步。 Seite 37（二）鍛造生產(chǎn)的發(fā)展趨勢（二）鍛造生產(chǎn)的發(fā)展趨勢1) 總趨勢是使鍛件形狀、尺寸和表面質(zhì)量總趨勢是使鍛件形狀、尺寸和表面質(zhì)量最大限度地與產(chǎn)品零件相接近，以達到少最大限度地與產(chǎn)品零件相接近，以達到少、無切削加工的目的，為此應(yīng)逐步發(fā)展和、無切削加工的目的，為此應(yīng)逐步發(fā)展和完善完善精密成形新技術(shù)精密成形新技術(shù)，發(fā)展高效精密的鍛，

21、發(fā)展高效精密的鍛壓設(shè)備。壓設(shè)備。2) 為適應(yīng)大批量生產(chǎn)的需要，應(yīng)發(fā)展為適應(yīng)大批量生產(chǎn)的需要，應(yīng)發(fā)展專業(yè)專業(yè)化的連續(xù)生產(chǎn)線化的連續(xù)生產(chǎn)線，建立地區(qū)性的專門化鍛，建立地區(qū)性的專門化鍛造中心，如齒輪精鍛中心、連桿鍛造中心造中心，如齒輪精鍛中心、連桿鍛造中心、標準件鍛造中心等，以利于進行技術(shù)改、標準件鍛造中心等，以利于進行技術(shù)改造及采用最新設(shè)備和先進工藝。造及采用最新設(shè)備和先進工藝。 Seite 38 3) 為適應(yīng)新產(chǎn)品開發(fā)，縮短研制周期，應(yīng)發(fā)展為適應(yīng)新產(chǎn)品開發(fā)，縮短研制周期，應(yīng)發(fā)展柔性加柔性加工技術(shù)和工技術(shù)和CAD/CAM 技術(shù)技術(shù)。 鍛模的鍛模的CAD/CAM的主要優(yōu)點有：的主要優(yōu)點有： 設(shè)計的速

22、度快、準確性高，且可將設(shè)計人員從繁重的重復性設(shè)計的速度快、準確性高，且可將設(shè)計人員從繁重的重復性勞動中解脫出來。勞動中解脫出來。 可以把多方面的經(jīng)驗和研究成果集中起來，方便地應(yīng)用于設(shè)可以把多方面的經(jīng)驗和研究成果集中起來，方便地應(yīng)用于設(shè)計加工，提高設(shè)計質(zhì)量。計加工，提高設(shè)計質(zhì)量。 可以實現(xiàn)多方案比較設(shè)計，達到優(yōu)化的目的?？梢詫崿F(xiàn)多方案比較設(shè)計，達到優(yōu)化的目的。 Seite 39 4) 提高鍛件的內(nèi)在提高鍛件的內(nèi)在質(zhì)量質(zhì)量。 5) 提高機械化、提高機械化、自動化自動化水平。水平。 6) 發(fā)展以煤氣、油、電等為熱源的發(fā)展以煤氣、油、電等為熱源的先進加熱先進加熱技術(shù)，改善勞動條件。技術(shù)，改善勞動條件。

23、Seite 40（三）目前，我國鍛造業(yè)面臨的問題可以歸納（三）目前，我國鍛造業(yè)面臨的問題可以歸納為如下為如下l 裝備水平低，其主要表現(xiàn)是設(shè)備老化、精確度低裝備水平低，其主要表現(xiàn)是設(shè)備老化、精確度低l 管理體制亟待理順，生產(chǎn)廠點過多，力量分散管理體制亟待理順，生產(chǎn)廠點過多，力量分散l 廠家封閉式經(jīng)營廠家封閉式經(jīng)營l 研究和生產(chǎn)不平衡研究和生產(chǎn)不平衡Seite 41四、本課程的性質(zhì)和任務(wù)四、本課程的性質(zhì)和任務(wù)鍛造工藝學鍛造工藝學是研究如何利用各種鍛造方法有效地控制是研究如何利用各種鍛造方法有效地控制鍛件的成型和內(nèi)部組織性能生產(chǎn)出高質(zhì)量鍛件的一門技術(shù)鍛件的成型和內(nèi)部組織性能生產(chǎn)出高質(zhì)量鍛件的一門技術(shù)

24、學科。學科。鍛造工藝學鍛造工藝學任務(wù)是通過本課程的教學，達到如下任務(wù)是通過本課程的教學，達到如下要求要求：1) 基本掌握自由鍛工藝設(shè)計、模鍛工藝設(shè)計和鍛模設(shè)計的方法基本掌握自由鍛工藝設(shè)計、模鍛工藝設(shè)計和鍛模設(shè)計的方法2) 具有初步的進行鍛造工藝分析的能力具有初步的進行鍛造工藝分析的能力3) 具有初步分析和解決鍛件質(zhì)量問題的能力。具有初步分析和解決鍛件質(zhì)量問題的能力。Seite 42五、主要參考書簡介五、主要參考書簡介姚澤坤主編，鍛造工藝學，西北工業(yè)大學出版社，姚澤坤主編，鍛造工藝學，西北工業(yè)大學出版社，19981998張志文主編：鍛造工藝學，機械工業(yè)出版社，張志文主編：鍛造工藝學，機械工業(yè)出版

25、社，19831983楊振恒、陳鏡清等編：鍛造工藝學，西北工業(yè)大學出版社，楊振恒、陳鏡清等編：鍛造工藝學，西北工業(yè)大學出版社，19861986鍛件質(zhì)量分析編寫組編：鍛件質(zhì)量分析，機械工業(yè)出版社，鍛件質(zhì)量分析編寫組編：鍛件質(zhì)量分析，機械工業(yè)出版社，19831983鍛工手冊編寫組編：鍛工手冊，機械工業(yè)出版社，鍛工手冊編寫組編：鍛工手冊，機械工業(yè)出版社，19781978李尚健主編，鍛造工藝及模具設(shè)計資料，機械工業(yè)出版社，李尚健主編，鍛造工藝及模具設(shè)計資料，機械工業(yè)出版社，19911991張振純編：鍛模圖冊，機構(gòu)工業(yè)出版社，張振純編：鍛模圖冊，機構(gòu)工業(yè)出版社，19801980材料科學與工程學院第二章第二

26、章 鍛造用原材料及下料方法鍛造用原材料及下料方法 Seite 44一、分類一、分類鍛造用原材料的分類：鋼錠和型材鍛造用原材料的分類：鋼錠和型材C低于低于0.25%低碳鋼低碳鋼C在在0.25%0.6%中碳鋼中碳鋼C大于大于0.6%高碳鋼高碳鋼2-1 鍛造用原材料鍛造用原材料Seite 45二、冶煉二、冶煉1、冶煉的任務(wù)：化學成分，金屬液體的、冶煉的任務(wù)：化學成分，金屬液體的純凈度，減少夾雜和氣體的含量。純凈度，減少夾雜和氣體的含量。2、主要方法：堿性平爐、酸性平爐、堿、主要方法：堿性平爐、酸性平爐、堿性電爐、雙聯(lián)法、真空冶煉法、電渣重性電爐、雙聯(lián)法、真空冶煉法、電渣重熔法等。熔法等。Seite

27、46三、鋼錠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)三、鋼錠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼錠是由冒口、錠身鋼錠是由冒口、錠身和底部組成。鋼錠表和底部組成。鋼錠表層為細小等軸結(jié)晶區(qū)層為細小等軸結(jié)晶區(qū)，向里為柱狀結(jié)晶區(qū)，向里為柱狀結(jié)晶區(qū)，枝狀結(jié)晶區(qū)，心部，枝狀結(jié)晶區(qū)，心部為粗大等軸結(jié)晶區(qū)。為粗大等軸結(jié)晶區(qū)。Seite 47由金屬學所學內(nèi)容知，鋼錠的內(nèi)部缺陷主要集中在由金屬學所學內(nèi)容知，鋼錠的內(nèi)部缺陷主要集中在冒口、底部和中心部分。其中冒口和底部作為廢料冒口、底部和中心部分。其中冒口和底部作為廢料應(yīng)予切除。但冒口有補縮和容納夾雜物、氣體以純應(yīng)予切除。但冒口有補縮和容納夾雜物、氣體以純凈錠身的作用，因此應(yīng)占鋼錠的一定比例。冒口切凈錠身的作用，因此應(yīng)

28、占鋼錠的一定比例。冒口切除除1520。Seite 48四、大型鋼錠的主要缺陷四、大型鋼錠的主要缺陷 鋼錠的常見缺陷有：偏析、夾雜、氣鋼錠的常見缺陷有：偏析、夾雜、氣體、氣泡、縮孔、疏松、裂紋和濺疤。體、氣泡、縮孔、疏松、裂紋和濺疤。這些缺陷的形成與冶煉、澆注和結(jié)晶過這些缺陷的形成與冶煉、澆注和結(jié)晶過程緊密相關(guān)，并且不可避免。程緊密相關(guān)，并且不可避免。Seite 49 偏析偏析 包括包括枝晶偏析枝晶偏析（指鋼錠在晶體范圍內(nèi)化學（指鋼錠在晶體范圍內(nèi)化學成分的不均勻性）和成分的不均勻性）和區(qū)域偏析區(qū)域偏析（鋼錠在宏觀范圍內(nèi)（鋼錠在宏觀范圍內(nèi)的不均勻性）的不均勻性） 造成力學性能不均勻和裂紋缺陷。枝晶

29、偏析現(xiàn)造成力學性能不均勻和裂紋缺陷。枝晶偏析現(xiàn)象可以通過鍛造、再結(jié)晶、高溫擴散和鍛后熱處理象可以通過鍛造、再結(jié)晶、高溫擴散和鍛后熱處理得到消除。區(qū)域偏析只有通過反復鐓得到消除。區(qū)域偏析只有通過反復鐓拔變形工藝拔變形工藝才能使其化學成分趨于均勻化。才能使其化學成分趨于均勻化。Seite 50夾雜夾雜 分為分為內(nèi)在夾雜和外來夾雜內(nèi)在夾雜和外來夾雜 內(nèi)在夾雜指冶煉時產(chǎn)生的氧化物、硫化物、硅內(nèi)在夾雜指冶煉時產(chǎn)生的氧化物、硫化物、硅酸鹽等非金屬夾雜，外來夾雜是耐火材質(zhì)、爐渣碎酸鹽等非金屬夾雜，外來夾雜是耐火材質(zhì)、爐渣碎粒等。它破壞金屬的連續(xù)性，夾雜處產(chǎn)生應(yīng)力集中粒等。它破壞金屬的連續(xù)性，夾雜處產(chǎn)生應(yīng)力集

30、中，引發(fā)顯微裂紋，成為疲勞源，低熔點夾雜在晶界，引發(fā)顯微裂紋，成為疲勞源，低熔點夾雜在晶界上分布易引起熱脆現(xiàn)象?？梢妸A雜降低鑄錠的鍛造上分布易引起熱脆現(xiàn)象?？梢妸A雜降低鑄錠的鍛造性能和鍛后的力學性能。性能和鍛后的力學性能。Seite 51 氣體氣體 常見的殘存氣體是氧、氮、氫等。常見的殘存氣體是氧、氮、氫等。氫氫是鋼中危是鋼中危害最大的氣體。害最大的氣體。對于白點敏感鋼，當氫含量達到一定數(shù)值后，冷卻時易產(chǎn)對于白點敏感鋼，當氫含量達到一定數(shù)值后，冷卻時易產(chǎn)生白點缺陷。氫含量高還會引起氫脆現(xiàn)象，鋼的塑性顯著生白點缺陷。氫含量高還會引起氫脆現(xiàn)象，鋼的塑性顯著下降。只要氣泡不是敞開的或氣泡內(nèi)壁沒有被氧

31、化，通過下降。只要氣泡不是敞開的或氣泡內(nèi)壁沒有被氧化，通過鍛造可以焊合，但皮下氣泡常常容易引起裂紋。鍛造可以焊合，但皮下氣泡常常容易引起裂紋。 Seite 52縮孔和疏松縮孔和疏松 縮孔在冒口區(qū)，由于冷卻時鋼液補充不足而形成縮孔在冒口區(qū)，由于冷卻時鋼液補充不足而形成，含有大量雜質(zhì)，必須將縮孔與冒口一起切除。，含有大量雜質(zhì)，必須將縮孔與冒口一起切除。 疏松集中在中心部位，降低組織的致密度，破壞疏松集中在中心部位，降低組織的致密度，破壞了金屬的連續(xù)性，鍛造時用大變形才能消除。了金屬的連續(xù)性，鍛造時用大變形才能消除。 Seite 53濺疤濺疤 當采用上注法澆注時，鋼液將沖擊鋼錠模當采用上注法澆注時，

32、鋼液將沖擊鋼錠模底而飛濺至模壁上，濺珠和鋼錠不能凝為一體，在底而飛濺至模壁上，濺珠和鋼錠不能凝為一體，在鋼錠表面形成濺疤。鍛前應(yīng)鏟除，否則會在鍛件上鋼錠表面形成濺疤。鍛前應(yīng)鏟除，否則會在鍛件上形成夾層。形成夾層。 一般來說，鋼錠越大，產(chǎn)生上述缺陷一般來說，鋼錠越大，產(chǎn)生上述缺陷的可能性就越大，缺陷性質(zhì)就越嚴重。的可能性就越大，缺陷性質(zhì)就越嚴重。Seite 54五、型材的常見缺陷五、型材的常見缺陷1 1、表面缺陷：、表面缺陷： 劃痕劃痕 軋制中的意外原因在其表面劃出傷痕，深度達軋制中的意外原因在其表面劃出傷痕，深度達0.20.5mm0.20.5mm，會影響鍛件的質(zhì)量，會影響鍛件的質(zhì)量 折迭折迭

33、已氧化的表層金屬被壓入金屬內(nèi)部而形成折迭已氧化的表層金屬被壓入金屬內(nèi)部而形成折迭，折縫內(nèi)有氧化物而不能鍛合。在折迭處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，折縫內(nèi)有氧化物而不能鍛合。在折迭處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，影響鍛件質(zhì)量。影響鍛件質(zhì)量。 發(fā)裂發(fā)裂 鋼錠皮下氣泡被軋扁、拉長、破裂形成發(fā)狀裂鋼錠皮下氣泡被軋扁、拉長、破裂形成發(fā)狀裂紋，深度約為紋，深度約為0.51.5mm0.51.5mm。在高碳鋼和合金鋼中易產(chǎn)生此缺。在高碳鋼和合金鋼中易產(chǎn)生此缺陷陷Seite 55 結(jié)疤結(jié)疤 澆注時，鋼液飛濺而凝固在鋼錠表面，軋制過程澆注時，鋼液飛濺而凝固在鋼錠表面，軋制過程中被軋成薄膜而附于軋材表面，其深度約為中被軋成薄膜而附于軋材表面，

34、其深度約為1.5mm1.5mm。 粗晶環(huán)粗晶環(huán) 鋁合金、鎂合金擠壓棒材，在其圓斷面的外鋁合金、鎂合金擠壓棒材，在其圓斷面的外層區(qū)域，常出現(xiàn)粗大晶粒，稱為粗晶環(huán)。主要原因為擠壓時層區(qū)域，常出現(xiàn)粗大晶粒，稱為粗晶環(huán)。主要原因為擠壓時金屬與擠壓筒間摩擦太大而形成的死區(qū)。鍛造時易開裂，或金屬與擠壓筒間摩擦太大而形成的死區(qū)。鍛造時易開裂，或留在鍛件表層降低鍛件性能。因此，鍛前應(yīng)將粗晶環(huán)切除。留在鍛件表層降低鍛件性能。因此，鍛前應(yīng)將粗晶環(huán)切除。Seite 562、材料內(nèi)部缺陷：、材料內(nèi)部缺陷： 碳化物偏析碳化物偏析 在高碳合金鋼中易產(chǎn)生。原因是碳化在高碳合金鋼中易產(chǎn)生。原因是碳化物在開坯和軋制時未被打碎和

35、不均勻分布造成的。碳化物在開坯和軋制時未被打碎和不均勻分布造成的。碳化物偏析容易引起鍛件開裂等。消除碳化物偏析，其最有物偏析容易引起鍛件開裂等。消除碳化物偏析，其最有效的辦法是采用反復鐓效的辦法是采用反復鐓拔工藝，徹底打碎碳化物并均拔工藝，徹底打碎碳化物并均勻分布。勻分布。非金屬夾雜非金屬夾雜 夾雜物被軋成帶狀，破壞金屬的連續(xù)性夾雜物被軋成帶狀，破壞金屬的連續(xù)性，嚴重時，會引起鍛件開裂。，嚴重時，會引起鍛件開裂。Seite 57 白點白點 隱藏在鍛坯內(nèi)部，在縱向斷口上呈圓形或橢圓形隱藏在鍛坯內(nèi)部，在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，顯著降低鋼的的銀白色斑點，在橫向斷

36、口上呈細小裂紋，顯著降低鋼的韌性。白點的大小不一，長度為韌性。白點的大小不一，長度為120mm不等或更長。其不等或更長。其原因是鋼中氫含量太高和各種內(nèi)應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生的。原因是鋼中氫含量太高和各種內(nèi)應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生的。當鋼中氫含量較多和熱加工后冷卻太快時容易產(chǎn)生白點。當鋼中氫含量較多和熱加工后冷卻太快時容易產(chǎn)生白點。存在白點的金屬存在白點的金屬必須切除必須切除，不能再使用。，不能再使用。Seite 58總之總之 表面缺陷，鍛前應(yīng)去除，以免影響鍛件質(zhì)量。表面缺陷，鍛前應(yīng)去除，以免影響鍛件質(zhì)量。 內(nèi)部缺陷，嚴重時不應(yīng)投入生產(chǎn)。內(nèi)部缺陷，嚴重時不應(yīng)投入生產(chǎn)。 Seite 592-2 下料方法下料

37、方法 在加熱和鍛造之前，將原材料切成所需在加熱和鍛造之前，將原材料切成所需長度或所需幾何尺寸的工序，稱為下料。長度或所需幾何尺寸的工序，稱為下料。 大鑄錠下料屬于自由鍛的任務(wù)，通常用自由鍛大鑄錠下料屬于自由鍛的任務(wù)，通常用自由鍛方法進行開坯，然后將錠料兩端切除，并按一定尺方法進行開坯，然后將錠料兩端切除，并按一定尺寸將坯料分割開來。寸將坯料分割開來。Seite 60其它材料的下料工作，一般都在其它材料的下料工作，一般都在鍛造車間的下料工段鍛造車間的下料工段進行。進行。常用的下料方法有：剪切、冷折、鋸切、車削、砂輪常用的下料方法有：剪切、冷折、鋸切、車削、砂輪切割、剁斷及特殊精密下料等。切割、剁

38、斷及特殊精密下料等。各種下料方法都有其特點，它們的毛坯質(zhì)量、材料各種下料方法都有其特點，它們的毛坯質(zhì)量、材料利用率、加工效率等往往有很大不同。選用何種方法利用率、加工效率等往往有很大不同。選用何種方法，應(yīng)視材料性質(zhì)、尺寸大小、批量和對下料質(zhì)量的要，應(yīng)視材料性質(zhì)、尺寸大小、批量和對下料質(zhì)量的要求而定。求而定。Seite 61一、剪切法一、剪切法 1. 剪切下料的特點：生產(chǎn)率高、操作簡單，斷口剪切下料的特點：生產(chǎn)率高、操作簡單，斷口無金屬損耗、工具簡單，模具費用低等；但端面質(zhì)無金屬損耗、工具簡單，模具費用低等；但端面質(zhì)量較沖床下料和切削加工方法下料差。適用于成批量較沖床下料和切削加工方法下料差。適

39、用于成批大量生產(chǎn)，被普遍采用。大量生產(chǎn)，被普遍采用。Seite 62 2. 剪切過程剪切過程 是通過上下兩刀片作用給坯料以一定壓是通過上下兩刀片作用給坯料以一定壓力力F，在坯料內(nèi)產(chǎn)生彎曲和拉伸變形，當應(yīng)力超過材料，在坯料內(nèi)產(chǎn)生彎曲和拉伸變形，當應(yīng)力超過材料的剪切強度時發(fā)生斷裂。的剪切強度時發(fā)生斷裂。 剪切三階段：一、刀刃壓進棒料，塑性變形區(qū)不大剪切三階段：一、刀刃壓進棒料，塑性變形區(qū)不大， 由于加工硬化的作用，刃口端處首先出現(xiàn)裂紋；二由于加工硬化的作用，刃口端處首先出現(xiàn)裂紋；二、裂紋隨刀刃的深入而繼續(xù)擴展；三、在刀刃的壓力、裂紋隨刀刃的深入而繼續(xù)擴展；三、在刀刃的壓力作用下，上下兩裂紋間的金屬

40、被拉斷，造成作用下，上下兩裂紋間的金屬被拉斷，造成S形斷面。形斷面。Seite 633. 剪切下料可分為兩種：剪切下料可分為兩種： 專用剪床下料，即在專用剪床上進行；專用剪床下料，即在專用剪床上進行； 其它設(shè)備上剪切下料，即在壓力機、其它設(shè)備上剪切下料，即在壓力機、 液壓液壓機或鍛錘上用剪切模具進行下料。機或鍛錘上用剪切模具進行下料。Seite 64 4. 質(zhì)量問題：坯料局部被壓扁、端面不平整、剪質(zhì)量問題：坯料局部被壓扁、端面不平整、剪斷面常有毛刺和裂縫。斷面常有毛刺和裂縫。5. 剪床上的剪切裝置剪床上的剪切裝置 棒料棒料2送進剪床后，用壓板送進剪床后，用壓板3固緊，下料長度固緊，下料長度L0

41、由可調(diào)螺桿由可調(diào)螺桿5定位，在上刀片定位，在上刀片4和和下刀片下刀片1的作用下將毛坯的作用下將毛坯6剪斷。剪斷。 Seite 656. 冷剪切和熱剪切：按剪切時坯料溫度不同分為冷切冷剪切和熱剪切：按剪切時坯料溫度不同分為冷切和熱切。和熱切。冷剪切的生產(chǎn)率高，但所需剪切力較大。鋼中碳含量冷剪切的生產(chǎn)率高，但所需剪切力較大。鋼中碳含量或合金含量較多時，強度高且塑性差，冷剪切時鋼中或合金含量較多時，強度高且塑性差，冷剪切時鋼中產(chǎn)生很大的應(yīng)力而在切口出現(xiàn)裂紋或崩碎，這時，應(yīng)產(chǎn)生很大的應(yīng)力而在切口出現(xiàn)裂紋或崩碎，這時，應(yīng)采用熱剪切法下料。采用冷剪切或熱剪切下料應(yīng)根據(jù)采用熱剪切法下料。采用冷剪切或熱剪切下

42、料應(yīng)根據(jù)坯料橫斷面尺寸大小和化學成分而定。坯料橫斷面尺寸大小和化學成分而定。Seite 66例：截面大或者直徑大于例：截面大或者直徑大于120mm 的中碳鋼，應(yīng)進的中碳鋼，應(yīng)進行預(yù)熱剪切；高碳鋼和合金鋼應(yīng)按化學成分和尺行預(yù)熱剪切；高碳鋼和合金鋼應(yīng)按化學成分和尺寸大小確定預(yù)熱溫度，在寸大小確定預(yù)熱溫度，在400700范圍內(nèi)選定。范圍內(nèi)選定。 但剪切較軟材料時預(yù)熱溫度不宜過高，利用藍脆但剪切較軟材料時預(yù)熱溫度不宜過高，利用藍脆現(xiàn)象（鋼材為現(xiàn)象（鋼材為250350），可提高剪切質(zhì)量，獲），可提高剪切質(zhì)量，獲得光滑的斷面。得光滑的斷面。Seite 67 7. 剪切力按下式計算：剪切力按下式計算： F=

43、KA式中式中 F計算的剪切力；計算的剪切力； A剪切斷面積剪切斷面積(mm2)； 材料剪切抗力材料剪切抗力(MPa)，剪切強度比同溫度下的強度極，剪切強度比同溫度下的強度極限小一些，限小一些，一般為：一般為：剪剪=(0.70.8)b。 K考慮到刃口磨鈍和間隙考慮到刃口磨鈍和間隙變化的系數(shù)，一般為變化的系數(shù)，一般為K=1.01.2。Seite 68二、鋸切法二、鋸切法 鋸切能切斷橫斷面較大的坯料，雖然生產(chǎn)率較鋸切能切斷橫斷面較大的坯料，雖然生產(chǎn)率較低，鋸口損耗大，但因為下料精確，切口平整，特低，鋸口損耗大，但因為下料精確，切口平整，特別用在精鍛工藝上，仍不失為一種主要的的下料手別用在精鍛工藝上，

44、仍不失為一種主要的的下料手段。段。 對于端面質(zhì)量、長度精度要求高的鋼材下料，對于端面質(zhì)量、長度精度要求高的鋼材下料，也采用鋸切下料。所以，鋸床下料使用仍較普遍。也采用鋸切下料。所以，鋸床下料使用仍較普遍。金屬可以在熱態(tài)下或冷態(tài)下鋸切。鍛造生產(chǎn)中大都金屬可以在熱態(tài)下或冷態(tài)下鋸切。鍛造生產(chǎn)中大都采用冷態(tài)鋸切，只有軋鋼廠才采用熱態(tài)鋸切。采用冷態(tài)鋸切，只有軋鋼廠才采用熱態(tài)鋸切。Seite 69常用的下料鋸床有圓盤鋸、帶鋸和弓形鋸等。常用的下料鋸床有圓盤鋸、帶鋸和弓形鋸等。圓盤鋸：圓盤鋸：的鋸片厚度一般為的鋸片厚度一般為38mm，鋸屑損耗較大，鋸屑損耗較大。且鋸切速度較低，圓周速度約為。且鋸切速度較低，

45、圓周速度約為0.51.0m/s。比普。比普通切削加工速度低，故生產(chǎn)率較低。鋸切直徑可達通切削加工速度低，故生產(chǎn)率較低。鋸切直徑可達750mm。Seite 70帶鋸：帶鋸：有立式、臥式、可傾立式等。其生產(chǎn)率是有立式、臥式、可傾立式等。其生產(chǎn)率是普通圓鋸床的普通圓鋸床的1.52倍，切口損耗為倍，切口損耗為22.2mm，主，主要用于鋸切直徑在要用于鋸切直徑在350mm以內(nèi)的棒料。以內(nèi)的棒料。Seite 71弓形鋸：弓形鋸：是一種往復鋸床，由弓臂及可以獲得往是一種往復鋸床，由弓臂及可以獲得往復運動的連桿機構(gòu)等組成。鋸片厚度為復運動的連桿機構(gòu)等組成。鋸片厚度為25mm，一般用來鋸切直徑為，一般用來鋸切直

46、徑為100mm以內(nèi)的棒料。以內(nèi)的棒料。Seite 72三、砂輪片切割法三、砂輪片切割法 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，以及其它下料方法難于切割的金屬，以及其它下料方法難于切割的金屬 ，如高溫合，如高溫合金金GH33、GH37等。優(yōu)點是設(shè)備簡單，操作方便等。優(yōu)點是設(shè)備簡單，操作方便， 下料長度準確，端面質(zhì)量較好，生產(chǎn)率高于鋸下料長度準確，端面質(zhì)量較好，生產(chǎn)率高于鋸片下料而低于剪切和冷折下料，但砂輪片耗量大片下料而低于剪切和冷折下料，但砂輪片耗量大，且易崩碎，噪聲大，且易崩碎，噪聲大。Seite 73四、折斷法（又叫冷折法）四、折斷法（又叫冷折法

47、） 其工作原理：先在待折斷處開一小缺口，在壓其工作原理：先在待折斷處開一小缺口，在壓力力F作用下，在缺口處產(chǎn)生應(yīng)力集中使坯料折斷。作用下，在缺口處產(chǎn)生應(yīng)力集中使坯料折斷。原因是當毛坯內(nèi)的平均應(yīng)力達到屈服極限時，缺口原因是當毛坯內(nèi)的平均應(yīng)力達到屈服極限時，缺口處的局部應(yīng)力早已超過強度極限，所以毛坯來不及處的局部應(yīng)力早已超過強度極限，所以毛坯來不及塑性變形就已斷裂。塑性變形就已斷裂。Seite 74五、氣割法五、氣割法其它下料方法還有摩擦鋸切割、電機械其它下料方法還有摩擦鋸切割、電機械鋸割、陽極機械切割法、電火花切割法鋸割、陽極機械切割法、電火花切割法、精密下料方法等，可查閱有關(guān)資料。、精密下料方

48、法等，可查閱有關(guān)資料。Seite 75例：電火花切割例：電火花切割 其工作原理為：直流電機通過電阻其工作原理為：直流電機通過電阻R和電容和電容C，使毛，使毛坯接正極，鋸片接負極，在電解液（如煤油）中切坯接正極，鋸片接負極，在電解液（如煤油）中切割，產(chǎn)生電火花的脈沖電流強度很大，達到數(shù)百或割，產(chǎn)生電火花的脈沖電流強度很大，達到數(shù)百或數(shù)千安培；脈沖功率達到數(shù)萬瓦。而切割處的接觸數(shù)千安培；脈沖功率達到數(shù)萬瓦。而切割處的接觸面積又很小，因而電流密度可能高達數(shù)十萬面積又很小，因而電流密度可能高達數(shù)十萬A/mm2。因此，。因此， 毛坯上局部溫度很高，約為毛坯上局部溫度很高，約為10000，促，促使金屬熔化

49、實現(xiàn)下料目的。使金屬熔化實現(xiàn)下料目的。材料科學與工程學院 第三章第三章 鍛造的熱規(guī)范鍛造的熱規(guī)范Seite 77一、加熱目的一、加熱目的提高金屬塑性，降低變形提高金屬塑性，降低變形抗力，即抗力，即增加金屬的增加金屬的可鍛可鍛性性。使之易于流動成形并。使之易于流動成形并獲得良好的鍛后組織和力獲得良好的鍛后組織和力學性能。學性能。3-1 鍛前加熱的目的及方法鍛前加熱的目的及方法Seite 78可鍛性可鍛性衡量指標：金屬的塑性和變形抗力金屬的塑性和變形抗力影響可鍛性的因素：影響可鍛性的因素：1 1金屬的本質(zhì)金屬的本質(zhì)化學成分化學成分 純金屬的可鍛性比合金好。而鋼的可鍛性隨碳和合金元素的質(zhì)量分數(shù)的增加

50、而變差。組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu) 固溶體（如奧氏體）的可鍛性好，而化合物（如滲碳體）差。金屬在單相狀態(tài)下的可鍛性比在多相狀態(tài)下的好。細晶粒金屬的塑性較粗晶粒的好，可鍛性較好。（但變形抗力較大） Seite 792 2壓力加工條件壓力加工條件 1 1）變形溫度變形溫度 隨著溫度的升高，鋼的強度下降，塑性上升，即鋼的可鍛性變好。因此，壓力加工都力爭在高溫下進行，即采用熱變形。即確定鍛造溫度范圍鍛造溫度范圍。2 2）變形速度）變形速度1、隨變形速度的增大，加工硬化嚴重，可鍛性變壞。2、另一方面，在變形過程中，產(chǎn)生熱效應(yīng)現(xiàn)象。熱效應(yīng)現(xiàn)象使金屬的塑性提高，變形抗力減小，可鍛性變好。但是，除了高速錘以外，在普通鍛

51、壓設(shè)備上都不可能超過臨臨界變形速度界變形速度。所以，一般塑性較差的金屬，應(yīng)以較小的變形速度，在壓力機上進行鍛造。Seite 803 3）應(yīng)力狀態(tài)）應(yīng)力狀態(tài)三個方向中壓應(yīng)力的數(shù)目越多，則金屬的塑性越好。拉應(yīng)力的數(shù)目越多，則金屬的塑性越差。壓應(yīng)力使各種缺陷受到抑制，不易擴展，故可提高金屬的塑性。在拉應(yīng)力作用下，極易擴展，甚至破壞，使金屬失去塑性。同號應(yīng)力狀態(tài)下的變形抗力大于異號應(yīng)力狀態(tài)下的變形抗力。綜上所述，金屬的可鍛性既取決于金屬的本質(zhì)，又取決于加工條件。在壓力加工過程中，要力求創(chuàng)造最有利的加工條件，提高塑性，降低變形抗力。Seite 81 鍛前加熱是整個鍛造過程中的一個重鍛前加熱是整個鍛造過程

52、中的一個重要環(huán)節(jié)，對提高鍛造生產(chǎn)率、保證鍛件質(zhì)量要環(huán)節(jié)，對提高鍛造生產(chǎn)率、保證鍛件質(zhì)量以降低能源消耗等都有直接的影響。恰當?shù)匾越档湍茉聪牡榷加兄苯拥挠绊?。恰當?shù)剡x擇加熱溫度，就可使坯料在塑性較好的狀選擇加熱溫度，就可使坯料在塑性較好的狀態(tài)下進行成形。態(tài)下進行成形。Seite 82二、二、加熱方法加熱方法按所采用的熱源不同，可分為按所采用的熱源不同，可分為火焰加熱火焰加熱和和電加熱電加熱兩大類。兩大類。1 1火焰加熱火焰加熱利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱能對金屬坯料進行加熱。利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱能對金屬坯料進行加熱。燃料有煤，焦炭，柴油，煤氣，天然氣燃料有煤，焦炭，柴油，煤氣，天然氣火焰加熱的優(yōu)點是：燃

53、料來源方便，爐子修造簡單，加熱費火焰加熱的優(yōu)點是：燃料來源方便，爐子修造簡單，加熱費用較低，對坯料的適用范圍廣等。因此，這種加熱廣泛用于用較低，對坯料的適用范圍廣等。因此，這種加熱廣泛用于各種大、中、小型坯料的加熱，在鍛造生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用各種大、中、小型坯料的加熱，在鍛造生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用。缺點是：勞動條件差，加熱速度慢，加熱質(zhì)量難以控制等。缺點是：勞動條件差，加熱速度慢，加熱質(zhì)量難以控制等。Seite 832 2電加熱電加熱是通過把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軄砑訜峤饘倥髁?。利用是通過把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軄砑訜峤饘倥髁?。利用電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軄砑訜峤饘俚难b置稱為電爐。電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軄砑訜峤饘俚难b置稱為電爐。優(yōu)點

54、是：加熱速度快，爐溫易控制，氧化脫碳少，便于實現(xiàn)優(yōu)點是：加熱速度快，爐溫易控制，氧化脫碳少，便于實現(xiàn)機械化、自動化，勞動條件好。機械化、自動化，勞動條件好。缺點是：對毛坯的尺寸、形狀的變化適應(yīng)性不強，設(shè)備結(jié)構(gòu)缺點是：對毛坯的尺寸、形狀的變化適應(yīng)性不強，設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜，投資費用較大，操作使用要求高。復雜，投資費用較大，操作使用要求高。電加熱法按其傳熱方式可分為電加熱法按其傳熱方式可分為 電阻加熱電阻加熱（電阻爐加熱、接觸電加熱、鹽浴爐加熱（電阻爐加熱、接觸電加熱、鹽浴爐加熱） 感應(yīng)電加熱感應(yīng)電加熱Seite 84電阻加熱電阻加熱其傳熱原理與火焰加熱相同。根據(jù)電阻發(fā)熱元件的其傳熱原理與火焰加熱相同。

55、根據(jù)電阻發(fā)熱元件的不同，有電阻爐加熱、接觸電加熱、鹽浴爐加熱等。不同，有電阻爐加熱、接觸電加熱、鹽浴爐加熱等。 電阻爐加熱：利用電流通過爐內(nèi)的電熱體產(chǎn)生的熱量進電阻爐加熱：利用電流通過爐內(nèi)的電熱體產(chǎn)生的熱量進行加熱。該法受電熱體的使用溫度的限制，熱效率較低。在電行加熱。該法受電熱體的使用溫度的限制，熱效率較低。在電阻爐內(nèi)輻射傳熱是加熱金屬的主要方式。阻爐內(nèi)輻射傳熱是加熱金屬的主要方式。Seite 85接觸電加熱：是以低壓大電流直接通過金屬坯料，由金屬接觸電加熱：是以低壓大電流直接通過金屬坯料，由金屬坯料自身的電阻在通電時產(chǎn)生的熱量而加熱。常采用低電壓坯料自身的電阻在通電時產(chǎn)生的熱量而加熱。常采

56、用低電壓大電流的方法。大電流的方法。其優(yōu)點是：加熱速度快、金屬燒損少、加熱范圍不受限制、其優(yōu)點是：加熱速度快、金屬燒損少、加熱范圍不受限制、熱效率高、設(shè)備簡單、操作方便、適用于長坯料的整體或局熱效率高、設(shè)備簡單、操作方便、適用于長坯料的整體或局部加熱等優(yōu)點。但對坯料的表面粗糙度和形狀尺寸要求嚴格部加熱等優(yōu)點。但對坯料的表面粗糙度和形狀尺寸要求嚴格，特別是坯料的端部要光潔、平整，下料規(guī)則。此外，加熱，特別是坯料的端部要光潔、平整，下料規(guī)則。此外，加熱溫度的測量和控制也比較困難。溫度的測量和控制也比較困難。Seite 86鹽浴爐加熱：是電流通過爐內(nèi)電極產(chǎn)生的熱量把鹽浴爐加熱：是電流通過爐內(nèi)電極產(chǎn)生

57、的熱量把導電介質(zhì)熔融，通過高溫介質(zhì)的對流與傳導將其中導電介質(zhì)熔融，通過高溫介質(zhì)的對流與傳導將其中的坯料加熱。內(nèi)熱式電極鹽浴爐原理如圖的坯料加熱。內(nèi)熱式電極鹽浴爐原理如圖3-43-4所示所示。這種方法的加熱速度快，加熱溫度均勻，可以實。這種方法的加熱速度快，加熱溫度均勻，可以實現(xiàn)坯料的整體或局部的無氧化加熱。但其熱效率低現(xiàn)坯料的整體或局部的無氧化加熱。但其熱效率低，輔助材料消耗大，勞動條件差。，輔助材料消耗大，勞動條件差。Seite 87 感應(yīng)電加熱感應(yīng)電加熱 坯料放入感應(yīng)圈坯料放入感應(yīng)圈中，在交變電流的感應(yīng)電動勢的作中，在交變電流的感應(yīng)電動勢的作用下，坯料表面形成強大的渦流，用下，坯料表面形成

58、強大的渦流，使坯料內(nèi)部的電能直接轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁古髁蟽?nèi)部的電能直接轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏訜帷６訜帷?感應(yīng)電加熱具有加熱速度快、感應(yīng)電加熱具有加熱速度快、加熱質(zhì)量好，溫度易于控制、金屬加熱質(zhì)量好，溫度易于控制、金屬燒損少、操作簡單、工作穩(wěn)定、便燒損少、操作簡單、工作穩(wěn)定、便于實現(xiàn)機械化、自動化。這些都有于實現(xiàn)機械化、自動化。這些都有利于鍛件質(zhì)量的提高。其缺點是：利于鍛件質(zhì)量的提高。其缺點是：設(shè)備投資費用高、每種感應(yīng)器的尺設(shè)備投資費用高、每種感應(yīng)器的尺寸范圍窄、電能消耗較大寸范圍窄、電能消耗較大( (大于接大于接觸電加熱，小于電阻爐加熱觸電加熱，小于電阻爐加熱) )。Seite 88感應(yīng)電加熱時，電流密度沿

59、坯料橫截面的分感應(yīng)電加熱時，電流密度沿坯料橫截面的分布為：中心電流小，表層大，這種現(xiàn)象稱為布為：中心電流小，表層大，這種現(xiàn)象稱為趨膚效應(yīng)趨膚效應(yīng)。 由于趨膚效應(yīng)，為了提高加熱速度和電由于趨膚效應(yīng)，為了提高加熱速度和電效率，對大直徑坯料，應(yīng)選用低電流頻率，效率，對大直徑坯料，應(yīng)選用低電流頻率，小直徑坯料可選用較高電流頻率。小直徑坯料可選用較高電流頻率。Seite 893-2 3-2 金屬加熱時產(chǎn)生的缺陷及防止措金屬加熱時產(chǎn)生的缺陷及防止措施施由金屬學所學內(nèi)容知，金屬在加熱時將產(chǎn)生以下的變化：由金屬學所學內(nèi)容知，金屬在加熱時將產(chǎn)生以下的變化：組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)：組織轉(zhuǎn)變，晶粒長大，過熱、過燒：組織轉(zhuǎn)

60、變，晶粒長大，過熱、過燒力學性能力學性能：塑性提高，變形抗力降低，殘余應(yīng)力消除，但：塑性提高，變形抗力降低，殘余應(yīng)力消除，但也可能產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力，過大則會引起開裂也可能產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力，過大則會引起開裂物理性能物理性能：導熱系數(shù)、導溫系統(tǒng)、膨脹系數(shù)、密度等均發(fā)：導熱系數(shù)、導溫系統(tǒng)、膨脹系數(shù)、密度等均發(fā)生變化生變化化學變化化學變化：表層發(fā)生氧化、脫碳、吸氫等，生成氧化皮與：表層發(fā)生氧化、脫碳、吸氫等，生成氧化皮與脫碳層脫碳層Seite 90一、金屬加熱過程中的氧化一、金屬加熱過程中的氧化金屬在高溫爐內(nèi)加熱時，金屬表面的合金金屬在高溫爐內(nèi)加熱時，金屬表面的合金元素將和爐氣中的氧化氣體（如元素將和爐氣