鍛造工藝學(xué)課件

鍛造工藝學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

鍛造工藝學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第一章緒論第一章緒論

塑性成型生產(chǎn)過程簡述

塑性成型生產(chǎn)過程簡述什么是鍛造？——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、尺寸和性能符合要求的零件。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。

什么是鍛造？——金屬塑性加工方法之一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，可以追溯到公元前4000年——甚至8000年。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。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，它是最航空航天航空航天武器裝備武器裝備交通運輸中國動車組列車交通運輸中國動車組列車全鋁汽車全鋁汽車齒輪曲軸連桿鍛造工藝學(xué)課件1．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。2．目的：鍛造的根本目的是利用外加載荷（沖擊載荷或靜載荷）通過鍛壓設(shè)備或模具使金屬毛坯產(chǎn)生塑性變形，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)部組織符合一定的技術(shù)的要求。1．任務(wù)：解決鍛件的成形及其內(nèi)部組織性能的控制，以獲得所需形實質(zhì)：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狀和性能而成為合格鍛件的加工過程。實質(zhì)：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狀和一、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1．優(yōu)點：優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗、靈活。1)優(yōu)質(zhì)指可以改善金屬組織性能。金屬零件的傳統(tǒng)生產(chǎn)過程是：

冶煉─制坯─切削加工─熱處理制坯有三條途徑：鑄造毛坯、軋制型材、鍛造毛坯。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)點鍛造：纖維組織－－變形后的雜質(zhì)仍具有方向性，呈現(xiàn)纖維狀條紋鍛造流線－－變形后雜質(zhì)的纖維分布，使組織、性能呈方向性鍛造：鋼錠鍛造過程中纖維組織形成的示意鋼錠鍛造過程中纖維組織形成的示意2)高產(chǎn)指機械化生產(chǎn)，生產(chǎn)率高二、三百件/小時，現(xiàn)在更高了，一百多件/分，1.2萬件/小時。據(jù)統(tǒng)計，每模鍛100萬噸鋼，由于提高了生產(chǎn)率，可比切削加工減少2~3萬工人，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。2)高產(chǎn)指機械化生產(chǎn)，生產(chǎn)率高今天，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、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3)低消耗指少、無切削，省工省料。

4)靈活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(fù)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）鍛件的重量小的不到1公斤大的可達幾百噸單件小批量生產(chǎn)大批量生產(chǎn)。萬噸級水壓機模鍛的飛機大梁、火箭捆挷環(huán)3)低消耗指少、無切削，省工省料。萬噸級水壓2．缺點：1)模具成本高，加工周期長。2)受鍛造設(shè)備噸位的限制。鍛造工藝學(xué)課件（二）鍛造業(yè)的地位鍛造在工業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。

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(xué)技術(shù)的影響，難以估量。鍛造生產(chǎn)的能力在一定程度上標志著一個國家的工業(yè)水平。（二）鍛造業(yè)的地位鍛造在工業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。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、模鍛和特種鍛造。1．自由鍛造把加熱好的坯料放在自由鍛造設(shè)備的平砧之間或簡單的工具中進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。手工鍛造自由鍛機械（錘上自由鍛和水壓機上自由鍛）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)工藝的不同可鍛造工藝學(xué)課件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)。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。鍛件力學(xué)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。自由鍛造主要用于鍛制鋼錠和形狀簡單、粗糙度要求較低、加工余量自由鍛還可以借助簡單的模具進行鍛造，稱胎模鍛。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。

自由鍛還可以借助簡單的模具進行鍛造，稱胎模鍛2．模鍛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。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。根據(jù)變形特點，分為開式模鍛和閉式模鍛。2．模鍛把加熱好的坯料放在固定于模鍛設(shè)備上的模具內(nèi)進根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)特性和工藝特性的不同，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。模鍛適用于形狀復(fù)雜，尺寸精度較高，加工余量小，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。精密鍛件的成形也要通過模鍛來實現(xiàn)。根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)特性和工藝特性的不同，分為錘上模鍛（自由鍛錘上模3．特種鍛造即在專用鍛壓設(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。一般鍛造方法很難達到要求時，可用特種鍛造工藝。如精密模鍛，溫?zé)釘D壓，輥鍛，電鐓，擺動輾壓，粉末鍛造，液態(tài)模鍛，等溫模鍛和超塑性模鍛等。3．特種鍛造即在專用鍛壓設(shè)備上或在特殊模具型槽內(nèi)使坯料成形

鍛造工藝流程是指生產(chǎn)一個鍛件所經(jīng)過的鍛造生產(chǎn)過程。以模鍛為例，其鍛造工藝流程是：備料－－加熱－－模鍛－－切邊、沖孔－－熱處理－－酸洗、清理－－校正。鍛造工藝流程是指生產(chǎn)一個鍛件所經(jīng)過的鍛造生產(chǎn)過程。

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)。通常，單件、小批量生產(chǎn)自由鍛方法大批量模鍛方法生產(chǎn)但有些航空重要產(chǎn)品上的鍛件，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，通常也采用模鍛方法生產(chǎn)。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2000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化遺址出土的紅銅器物，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)通過人拉繩索和滑車來提起重錘再自由落下的方法鍛打坯料。14世紀以后出現(xiàn)了畜力和水力落錘鍛。

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)展簡史鍛造工藝學(xué)課件為鍛銅浮雕。是手工鍛造作品。手工鍛造是一種古老的金屬加工工藝，是以手工鍛打的方式，在金屬板上鍛錘出各種高低凹凸不平的浮雕效果。為鍛銅浮雕。是手工鍛造作品。手工鍛造是一種古老的金屬加工工藝1842年，英國的內(nèi)史密斯制成第一臺蒸汽錘，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、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)(1861～1865)期間，用以模鍛武器的零件，隨后在歐洲出現(xiàn)了蒸汽模鍛錘，模鍛工藝逐漸推廣。到19世紀末已形成近代鍛壓機械的基本門類。

20世紀初期，隨著汽車開始大量生產(chǎn)，熱模鍛迅速發(fā)展，成為鍛造的主要工藝。1842年，英國的內(nèi)史密斯制成第一臺蒸汽錘，使鍛造進鍛壓經(jīng)過100多年的發(fā)展，今天已成為一門綜合性學(xué)科。它以塑性成形原理、金屬學(xué)、摩擦學(xué)為理論基礎(chǔ)，同時涉及傳熱學(xué)、物理化學(xué)、機械運動等相關(guān)學(xué)科，以鍛造、沖壓等為技術(shù)，與其它學(xué)科一起支撐機器制造業(yè)。鍛壓經(jīng)過100多年的發(fā)展，今天已成為一門綜合性學(xué)科。我國的鍛造生產(chǎn)與世界先進國家的水平相比還有一定差距。表現(xiàn)在：1)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30％。2)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。而我國在這些方法還很薄弱。

我國的鍛造生產(chǎn)與世界先進國家的水平相比還有一定差距。3)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)品上的精鍛件和重要的大型自由鍛件還常常需從國外進口。4)在CAD/CAM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。3)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（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)展和完善精密成形新技術(shù)，發(fā)展高效精密的鍛壓設(shè)備。2)為適應(yīng)大批量生產(chǎn)的需要，應(yīng)發(fā)展專業(yè)化的連續(xù)生產(chǎn)線，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、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。

我國自行研制的萬噸級水壓機（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

3)為適應(yīng)新產(chǎn)品開發(fā)，縮短研制周期，應(yīng)發(fā)展柔性加工技術(shù)和CAD/CAM技術(shù)。鍛模的CAD/CAM的主要優(yōu)點有：①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(fù)性勞動中解脫出來。②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。③可以實現(xiàn)多方案比較設(shè)計，達到優(yōu)化的目的。

3)為適應(yīng)新產(chǎn)品開發(fā)，縮短研制周期，應(yīng)發(fā)展柔性4)提高鍛件的內(nèi)在質(zhì)量。5)提高機械化、自動化水平。6)發(fā)展以煤氣、油、電等為熱源的先進加熱技術(shù)，改善勞動條件。4)提高鍛件的內(nèi)在質(zhì)量。（三）目前，我國鍛造業(yè)面臨的問題可以歸納為如下裝備水平低，其主要表現(xiàn)是設(shè)備老化、精確度低管理體制亟待理順，生產(chǎn)廠點過多，力量分散廠家封閉式經(jīng)營研究和生產(chǎn)不平衡（三）目前，我國鍛造業(yè)面臨的問題可以歸納為如下四、本課程的性質(zhì)和任務(wù)《鍛造工藝學(xué)》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)學(xué)科。《鍛造工藝學(xué)》任務(wù)是通過本課程的教學(xué)，達到如下要求：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2)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。四、本課程的性質(zhì)和任務(wù)《鍛造工藝學(xué)》是研究如何利用各種鍛造方五、主要參考書簡介⒈姚澤坤主編，鍛造工藝學(xué)，西北工業(yè)大學(xué)出版社，1998⒉張志文主編：鍛造工藝學(xué)，機械工業(yè)出版社，1983⒊楊振恒、陳鏡清等編：鍛造工藝學(xué)，西北工業(yè)大學(xué)出版社，1986⒋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，1983⒌鍛工手冊編寫組編：鍛工手冊，機械工業(yè)出版社，1978⒍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，1991⒎張振純編：鍛模圖冊，機構(gòu)工業(yè)出版社，1980五、主要參考書簡介⒈姚澤坤主編，鍛造工藝學(xué)，西北工業(yè)大學(xué)出版

材料科學(xué)與工程學(xué)院第二章

鍛造用原材料及下料方法

材料科學(xué)與工程學(xué)院第二章鍛造用原材料及下料方法一、分類鍛造用原材料的分類：鋼錠和型材C％低于0.25%——低碳鋼C％在0.25%～0.6%——中碳鋼C％大于0.6%——高碳鋼§2-1鍛造用原材料一、分類§2-1鍛造用原材料二、冶煉1、冶煉的任務(wù)：化學(xué)成分，金屬液體的純凈度，減少夾雜和氣體的含量。2、主要方法：堿性平爐、酸性平爐、堿性電爐、雙聯(lián)法、真空冶煉法、電渣重熔法等。二、冶煉三、鋼錠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼錠是由冒口、錠身和底部組成。鋼錠表層為細小等軸結(jié)晶區(qū)，向里為柱狀結(jié)晶區(qū)，枝狀結(jié)晶區(qū)，心部為粗大等軸結(jié)晶區(qū)。三、鋼錠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由金屬學(xué)所學(xué)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。冒口切除15％～20％。由金屬學(xué)所學(xué)內(nèi)容知，鋼錠的內(nèi)部缺陷主要集中在冒口、底部和中心四、大型鋼錠的主要缺陷鋼錠的常見缺陷有：偏析、夾雜、氣體、氣泡、縮孔、疏松、裂紋和濺疤。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。四、大型鋼錠的主要缺陷

⑴偏析包括枝晶偏析（指鋼錠在晶體范圍內(nèi)化學(xué)成分的不均勻性）和區(qū)域偏析（鋼錠在宏觀范圍內(nèi)的不均勻性）造成力學(xué)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得到消除。區(qū)域偏析只有通過反復(fù)鐓—拔變形工藝才能使其化學(xué)成分趨于均勻化。⑴偏析包括枝晶偏析（指鋼錠在晶體范圍內(nèi)化學(xué)成分的不均勻⑵夾雜分為內(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，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雜降低鑄錠的鍛造性能和鍛后的力學(xué)性能。⑵夾雜分為內(nèi)在夾雜和外來夾雜

⑶氣體常見的殘存氣體是氧、氮、氫等。氫是鋼中危害最大的氣體。對于白點敏感鋼，當(dāng)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。

⑶氣體常見的殘存氣體是氧、氮、氫等。氫是鋼中危害⑷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，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，破壞了金屬的連續(xù)性，鍛造時用大變形才能消除。

⑷縮孔和疏松⑸濺疤當(dāng)采用上注法澆注時，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。

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。⑸濺疤當(dāng)采用上注法澆注時，鋼液將沖擊鋼錠模底而飛濺至模壁五、型材的常見缺陷1、表面缺陷：⑴劃痕軋制中的意外原因在其表面劃出傷痕，深度達0.2~0.5mm，會影響鍛件的質(zhì)量⑵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，影響鍛件質(zhì)量。⑶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0.5~1.5mm。在高碳鋼和合金鋼中易產(chǎn)生此缺陷五、型材的常見缺陷1、表面缺陷：

⑷結(jié)疤澆注時，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1.5mm。⑸粗晶環(huán)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。⑷結(jié)疤澆注時，鋼液飛濺而凝固在鋼錠表面，軋制過程中2、材料內(nèi)部缺陷：⑹碳化物偏析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，其最有效的辦法是采用反復(fù)鐓—拔工藝，徹底打碎碳化物并均勻分布。⑺非金屬夾雜夾雜物被軋成帶狀，破壞金屬的連續(xù)性，嚴重時，會引起鍛件開裂。2、材料內(nèi)部缺陷：

⑻白點隱藏在鍛坯內(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，顯著降低鋼的韌性。白點的大小不一，長度為1~20mm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。當(dāng)鋼中氫含量較多和熱加工后冷卻太快時容易產(chǎn)生白點。存在白點的金屬必須切除，不能再使用。⑻白點隱藏在鍛坯內(nèi)部，在縱向斷口上呈圓形或橢圓形的銀白總之表面缺陷，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)。

總之§2-2下料方法在加熱和鍛造之前，將原材料切成所需長度或所需幾何尺寸的工序，稱為下料。

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，并按一定尺寸將坯料分割開來?！?-2下料方法在加熱和鍛造之前，將原材其它材料的下料工作，一般都在鍛造車間的下料工段進行。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。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，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。其它材料的下料工作，一般都在鍛造車間的下料工段進行。一、剪切法

1.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)量較沖床下料和切削加工方法下料差。適用于成批大量生產(chǎn)，被普遍采用。一、剪切法2.剪切過程是通過上下兩刀片作用給坯料以一定壓力F，在坯料內(nèi)產(chǎn)生彎曲和拉伸變形，當(dāng)應(yīng)力超過材料的剪切強度時發(fā)生斷裂。剪切三階段：一、刀刃壓進棒料，塑性變形區(qū)不大，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、在刀刃的壓力作用下，上下兩裂紋間的金屬被拉斷，造成S形斷面。2.剪切過程是通過上下兩刀片作用給坯料以一定壓3.剪切下料可分為兩種：①專用剪床下料，即在專用剪床上進行；②其它設(shè)備上剪切下料，即在壓力機、液壓機或鍛錘上用剪切模具進行下料。3.剪切下料可分為兩種：

4.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。5.剪床上的剪切裝置棒料2送進剪床后，用壓板3固緊，下料長度L0由可調(diào)螺桿5定位，在上刀片4和下刀片1的作用下將毛坯6剪斷。

4.質(zhì)量問題：坯料局部被壓扁、端面不平整、剪斷面常有毛刺6.冷剪切和熱剪切：按剪切時坯料溫度不同分為冷切和熱切。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)采用熱剪切法下料。采用冷剪切或熱剪切下料應(yīng)根據(jù)坯料橫斷面尺寸大小和化學(xué)成分而定。6.冷剪切和熱剪切：按剪切時坯料溫度不同分為冷切和熱切。例：截面大或者直徑大于120mm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(xué)成分和尺寸大小確定預(yù)熱溫度，在400~700℃范圍內(nèi)選定。但剪切較軟材料時預(yù)熱溫度不宜過高，利用藍脆現(xiàn)象（鋼材為250~350℃），可提高剪切質(zhì)量，獲得光滑的斷面。例：截面大或者直徑大于120mm的中碳鋼，應(yīng)進行預(yù)熱剪切；

7.剪切力按下式計算：

F=KτA式中F—計算的剪切力；A—剪切斷面積(mm2)；τ—材料剪切抗力(MPa)，剪切強度比同溫度下的強度極限小一些，一般為：τ剪=(0.7~0.8)σb。K—考慮到刃口磨鈍和間隙Δ變化的系數(shù)，一般為K=1.0~1.2。7.剪切力按下式計算：二、鋸切法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，特別用在精鍛工藝上，仍不失為一種主要的的下料手段。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。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。二、鋸切法常用的下料鋸床有圓盤鋸、帶鋸和弓形鋸等。圓盤鋸：的鋸片厚度一般為3~8mm，鋸屑損耗較大。且鋸切速度較低，圓周速度約為0.5~1.0m/s。比普通切削加工速度低，故生產(chǎn)率較低。鋸切直徑可達750mm。常用的下料鋸床有圓盤鋸、帶鋸和弓形鋸等。帶鋸：有立式、臥式、可傾立式等。其生產(chǎn)率是普通圓鋸床的1.5~2倍，切口損耗為2~2.2mm，主要用于鋸切直徑在350mm以內(nèi)的棒料。帶鋸：有立式、臥式、可傾立式等。其生產(chǎn)率是普通圓鋸床的1.5弓形鋸：是一種往復(fù)鋸床，由弓臂及可以獲得往復(fù)運動的連桿機構(gòu)等組成。鋸片厚度為2~5mm，一般用來鋸切直徑為100mm以內(nèi)的棒料。弓形鋸：是一種往復(fù)鋸床，由弓臂及可以獲得往復(fù)運動的連桿機構(gòu)等三、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，以及其它下料方法難于切割的金屬，如高溫合金GH33、GH37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。三、砂輪片切割法四、折斷法（又叫冷折法）其工作原理：先在待折斷處開一小缺口，在壓力F作用下，在缺口處產(chǎn)生應(yīng)力集中使坯料折斷。原因是當(dāng)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，所以毛坯來不及塑性變形就已斷裂。四、折斷法（又叫冷折法）五、氣割法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、精密下料方法等，可查閱有關(guān)資料。五、氣割法例：電火花切割其工作原理為：直流電機通過電阻R和電容C，使毛坯接正極，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A/mm2。因此，毛坯上局部溫度很高，約為10000℃，促使金屬熔化實現(xiàn)下料目的。例：電火花切割

材料科學(xué)與工程學(xué)院

第三章

鍛造的熱規(guī)范

材料科學(xué)與工程學(xué)院第三章鍛造的熱規(guī)范一、加熱目的提高金屬塑性，降低變形抗力，即增加金屬的可鍛性。使之易于流動成形并獲得良好的鍛后組織和力學(xué)性能。§3-1鍛前加熱的目的及方法一、加熱目的§3-1鍛前加熱的目的及方法可鍛性衡量指標：金屬的塑性和變形抗力影響可鍛性的因素：1．金屬的本質(zhì)化學(xué)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)的增加而變差。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）可鍛性衡量指標：金屬的塑性和變形抗力2．壓力加工條件

1）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。2）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，在普通鍛壓設(shè)備上都不可能超過臨界變形速度。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。2．壓力加工條件3）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。3）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。拉鍛前加熱是整個鍛造過程中的一個重要環(huán)節(jié)，對提高鍛造生產(chǎn)率、保證鍛件質(zhì)量以降低能源消耗等都有直接的影響。恰當(dāng)?shù)剡x擇加熱溫度，就可使坯料在塑性較好的狀態(tài)下進行成形。鍛前加熱是整個鍛造過程中的一個重要環(huán)節(jié)，對提高鍛二、加熱方法按所采用的熱源不同，可分為火焰加熱和電加熱兩大類。1．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。燃料有煤，焦炭，柴油，煤氣，天然氣火焰加熱的優(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。二、加熱方法按所采用的熱源不同，可分為火焰加熱和電加熱兩大類2．電加熱是通過把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軄砑訜峤饘倥髁稀＠秒娔苻D(zhuǎn)變?yōu)闊崮軄砑訜峤饘俚难b置稱為電爐。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。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(fù)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阻加熱（電阻爐加熱、接觸電加熱、鹽浴爐加熱）感應(yīng)電加熱2．電加熱是通過把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軄砑訜峤饘倥髁?。利用電能轉(zhuǎn)變⑴電阻加熱其傳熱原理與火焰加熱相同。根據(jù)電阻發(fā)熱元件的不同，有電阻爐加熱、接觸電加熱、鹽浴爐加熱等。①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。在電阻爐內(nèi)輻射傳熱是加熱金屬的主要方式。⑴電阻加熱其傳熱原理與火焰加熱相同。根據(jù)電阻發(fā)熱元件的不同，②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、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，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。②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③鹽浴爐加熱：是電流通過爐內(nèi)電極產(chǎn)生的熱量把導(dǎo)電介質(zhì)熔融，通過高溫介質(zhì)的對流與傳導(dǎo)將其中的坯料加熱。內(nèi)熱式電極鹽浴爐原理如圖3-4所示。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，輔助材料消耗大，勞動條件差。③鹽浴爐加熱：是電流通過爐內(nèi)電極產(chǎn)生的熱量把導(dǎo)電介質(zhì)熔融，通

⑵感應(yīng)電加熱坯料放入感應(yīng)圈中，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，使坯料內(nèi)部的電能直接轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏訜?。感?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)器的尺寸范圍窄、電能消耗較大(大于接觸電加熱，小于電阻爐加熱)。⑵感應(yīng)電加熱坯料放入感應(yīng)圈中，在交變電流的感應(yīng)電動勢的感應(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)象稱為趨膚效應(yīng)。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，小直徑坯料可選用較高電流頻率。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§3-2金屬加熱時產(chǎn)生的缺陷及防止措施由金屬學(xué)所學(xué)內(nèi)容知，金屬在加熱時將產(chǎn)生以下的變化：⒈組織結(jié)構(gòu)：組織轉(zhuǎn)變，晶粒長大，過熱、過燒⒉力學(xué)性能：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⒊物理性能：導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系統(tǒng)、膨脹系數(shù)、密度等均發(fā)生變化⒋化學(xué)變化：表層發(fā)生氧化、脫碳、吸氫等，生成氧化皮與脫碳層§3-2金屬加熱時產(chǎn)生的缺陷及防止措施由金屬學(xué)所學(xué)內(nèi)容知一、金屬加熱過程中的氧化金屬在高溫爐內(nèi)加熱時，金屬表面的合金元素將和爐氣中的氧化氣體（如O2、CO2、H2O、和SO2）發(fā)生反應(yīng)，使金屬表層生成氧化皮，這種現(xiàn)象稱為氧化，或叫燒損。一、金屬加熱過程中的氧化金屬在高溫爐內(nèi)加熱時，金屬表面的合金氧化過程實質(zhì)是擴散過程。即爐氣中氧以原子狀態(tài)吸附到鋼料表層后向內(nèi)擴散，而鋼料表層中的鐵則以離子狀態(tài)由內(nèi)部向表面擴散，擴散的結(jié)果使鋼的表層變成為氧化鐵。由于氧化皮的熔融和氧化皮與鐵的膨脹系數(shù)不同，因此在氧化物層內(nèi)產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力。會發(fā)生氧化皮的機械分離，從而加速金屬的氧化。氧化過程實質(zhì)是擴散過程。即爐氣中氧以原子狀態(tài)吸附到鋼料表層后⒉氧化的影響因素主要有：爐氣性質(zhì)、加熱溫度、加熱時間、化學(xué)成分。①爐氣性質(zhì)火焰加熱的爐氣通常由氧化性氣體（O2、CO2、H2O、SO2），還原性氣體（CO、H2）和中性氣體（N2）組成。爐氣的性質(zhì)取決于燃料燃燒時的空氣供給量。當(dāng)供給空氣過多時，爐氣的性質(zhì)為氧化性，那么氧化嚴重。相反，如供給空氣不足時，爐氣則呈現(xiàn)還原性，氧化皮很薄，甚至不產(chǎn)生氧化。⒉氧化的影響因素②加熱溫度溫度越高，氧化擴散速度加快，氧化過程會加劇，結(jié)果形成的氧化皮也厚。一般，低于570~600℃時，氧化緩慢；超過900~950℃后，氧化急劇增加。③加熱時間時間越長，氧化皮越多。因此，采用快速加熱如電加熱，縮短加熱時間，尤其是在高溫下的停留時間，對減少氧化皮的產(chǎn)生具有很大的實際意義。(以上三者是外因)②加熱溫度溫度越高，氧化擴散速度加快，氧化過④化學(xué)成分(內(nèi)因)當(dāng)鋼中含碳量大于0.3%時，隨著鋼中含碳量的增多，生成的氧化皮將減少。這是因為含碳量高時，鋼表面氧化過程中生成了CO，可削弱氧化性對鋼表面的作用。還有一些金屬元素，如Cr、Ni、Al、Mo等，它們在金屬表面形成了牢固緊密的薄膜，膨脹系數(shù)和鋼幾乎一致，加熱過程中不易脫落，阻止了氧向內(nèi)部擴散，因此能防止鋼表面繼續(xù)氧化，薄膜起保護作用，特別是鋼中含Cr及Ni的量大于13%~20%時，幾乎不產(chǎn)生氧化。鋼的相對表面積（表面積與質(zhì)量之比）愈大時，則氧化皮愈多。④化學(xué)成分(內(nèi)因)當(dāng)鋼中含碳量大于0.3%時，隨著鋼中⒊氧化皮的危害：①造成鋼材的燒損燒損量一般為3~5%。(與火次有關(guān)，一次為1.5~3.0%)②模鍛時氧化皮壓入鍛件內(nèi)降低表面質(zhì)量和尺寸精度。③氧化皮質(zhì)脆而硬，加劇模具磨損。④氧化皮在爐底燒結(jié)成塊，降低爐襯壽命。因此要采取措施減少或消除金屬的氧化燒損。⒊氧化皮的危害：⒋防止措施：①在保證鍛件質(zhì)量的前提下，盡量采用快速加熱，縮短加熱時間。②在燃料完全燃燒的條件下，避免氧氣過剩，并減少燃料的水分。③采用少無氧化加熱。⒋防止措施：二、脫碳

鋼在高溫加熱時，表層中的碳與爐氣中的氧化性氣體（如O2、CO2、H2O等）及某些還原性氣體（如H2）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成甲烷或一氧化碳，造成鋼料表層的含碳量減少，這種現(xiàn)象稱為脫碳。Fe3C＋H2O─→←─3Fe＋CO＋H2Fe3C＋CO2─→←─3Fe＋2CO2Fe3C＋O2─→←─6Fe＋2COFe3C＋2H2─→←─3Fe＋CH4二、脫碳鋼在高溫加熱時，表層中的碳與爐氣中的氧化性氣脫碳的組織特征：脫碳層由于碳被氧化，反映在金相組織上是表層滲碳體(Fe3C)的數(shù)量減少；反映到化學(xué)成分上是表層的含碳量比內(nèi)部明顯降低。脫碳的組織特征：影響鋼脫碳的因素：與氧化類似①爐氣成分脫碳能力最強的是H2O(汽)、其次是CO2和O2，較弱是H2。②加熱溫度加熱時間越長，脫碳越嚴重。③加熱時間時間越長，脫碳層越厚。

④化學(xué)成分是內(nèi)因，鋼中含碳量越高則脫碳傾向越大。W、Al、Co等元素使脫碳增加，而Cr、Mn能阻止脫碳，Si、Ni和V對鋼的脫碳沒有影響。影響鋼脫碳的因素：與氧化類似脫碳使鍛件：表面強度降低耐磨性降低疲勞強度降低可鍛性降低，熱處理時可能發(fā)生開裂鍛造工藝學(xué)課件三、金屬加熱過程中的過熱(overheat)當(dāng)金屬加熱溫度過高、加熱時間過長而引起晶粒粗大的現(xiàn)象稱為“過熱”。晶粒開始急劇長大的溫度叫過熱溫度。鋼中元素如C、Mn、S、P等會增加其過熱傾向，而Ti、W、V、N等元素可減小鋼的過熱傾向。三、金屬加熱過程中的過熱(overheat)當(dāng)金屬加熱溫度⒈過熱的危害

碳鋼出現(xiàn)魏氏組織；馬氏體鋼組織為粗針狀，出現(xiàn)過多的δ鐵素體；工模具鋼出現(xiàn)萘狀斷口；合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、高速鋼、彈簧鋼、軸承鋼等除奧氏體晶粒粗大外，還有異相質(zhì)點沿晶界析出，呈連續(xù)網(wǎng)狀分布，使晶界變脆。實踐證明，過熱對金屬鍛造過程影響并不大，甚至過熱得較嚴重的鋼材，只要沒有過燒，在足夠大的變形程度下，晶粒粗大的組織一般可以消除。⒈過熱的危害

碳鋼出現(xiàn)魏氏組織；馬氏體鋼組織為粗針狀，出現(xiàn)過熱有不穩(wěn)定過熱和穩(wěn)定過熱：

①不穩(wěn)定過熱由于單純原高溫奧氏體晶粒粗大形成的過熱。一般可用熱處理的方法消除。（如正火、高溫回火、擴散退火、快速升溫、快速冷卻）②穩(wěn)定過熱鋼過熱后，除原高溫奧氏體晶粒粗大外，沿奧氏體晶界大量析出第二相（包括雜質(zhì)元素組成的化合物如硫化物、碳化物、氮化物等）質(zhì)點或薄膜，這種過熱用一般熱處理方法很難消除，稱為穩(wěn)定過熱。過熱有不穩(wěn)定過熱和穩(wěn)定過熱：⒉防止措施①嚴格控制金屬加熱溫度，縮短高溫保溫時間；②鍛造時應(yīng)保證足夠大的變形量。⒉防止措施四、過燒(burning)

當(dāng)坯料加熱到接近其熔化溫度，并在此溫度下保留時間過長時，將出現(xiàn)過燒現(xiàn)象。金屬過燒后，①晶粒粗大，②晶界熔化，③形成氧化物，④出現(xiàn)裂紋。部分鋼的過燒溫度見表3-2。四、過燒(burning)

當(dāng)坯料加熱到接近其熔化溫度，并在⒈過燒的危害鋼斷面呈淺灰蘭色，無金屬光澤；表面粗糙；晶粒粗大類似豆腐渣狀；一鍛即裂。嚴重過燒的鋼，只能報廢回爐重新冶煉。局部過燒的鋼，當(dāng)制造不太重要的零件時，可以將過燒部分切去，其余部分還可使用。⒉防止措施嚴格控制加熱溫度，特別要控制高溫停留時間及出爐溫度。⒈過燒的危害鋼斷面呈淺灰蘭色，無金屬光澤；表面粗糙；晶五、金屬加熱時導(dǎo)熱、導(dǎo)溫性的變化1、導(dǎo)溫性──在加熱(或冷卻)時溫度在金屬內(nèi)部的傳播能力。2、導(dǎo)溫性對加熱速度的影響導(dǎo)溫性好，溫度傳播的速度快，坯料內(nèi)的瞬時溫差就小，因溫差造成的膨脹差和溫度應(yīng)力也小，從而可允許較快的加熱速度，坯料不致受溫度應(yīng)力而破壞。反之，則可能使坯料開裂。3、導(dǎo)溫性的變化導(dǎo)溫性用導(dǎo)溫系數(shù)α來表示：α=λ/(ρC)式中λ──導(dǎo)熱系數(shù)(W/(m℃))；ρ──密度(kg/m3)；C──比熱容(J/(kg℃))五、金屬加熱時導(dǎo)熱、導(dǎo)溫性的變化1、導(dǎo)溫性──在加熱(或冷卻金屬的導(dǎo)熱系數(shù)表示金屬的導(dǎo)熱能力，它取決于金屬的成分、溫度和結(jié)晶組織。在常溫下合金鋼的導(dǎo)熱系數(shù)低于相應(yīng)碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)；當(dāng)合金元素的數(shù)且和份量增加時，其差別越懸殊。在升溫時，碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)減小，合金鋼的導(dǎo)熱系數(shù)略有增加，但高于900℃以后，各種鋼的導(dǎo)熱系數(shù)趨于一致。

金屬的導(dǎo)熱系數(shù)表示金屬的導(dǎo)熱能力，它取決于金屬的成分、溫度和由于金屬的導(dǎo)熱系數(shù)、密度和比熱都與溫度有關(guān)，因此金屬的導(dǎo)溫系數(shù)也隨溫度而變。與導(dǎo)熱系數(shù)的變化有點相似，在高溫階段，各種鋼的導(dǎo)溫系數(shù)趨于一致。盡管這時的導(dǎo)溫性不好，但因這時的塑性好，加熱引起的內(nèi)應(yīng)力并無危險，所以在高溫階段，各類鋼均可快速加熱。由于金屬的導(dǎo)熱系數(shù)、密度和比熱都與溫度有關(guān)，因此金屬的導(dǎo)溫系六、裂紋(crack)裂紋是由鋼在加熱過程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力引起的。根據(jù)其形成的原因，有溫度應(yīng)力、組織應(yīng)力、殘余應(yīng)力。1.溫度應(yīng)力鋼錠或鋼材在加熱過程中，由于表面溫度高于中心溫度，出現(xiàn)溫差，從而必將引起外層與心部的膨脹不均勻，這樣產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱為溫度應(yīng)力（也稱熱應(yīng)力），在溫度高的表層部分，因其膨脹受到中心部分約束，所引起的溫度應(yīng)力為壓應(yīng)力。而中心部分則相反，為拉應(yīng)力。六、裂紋(crack)裂紋是由鋼在加熱過程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力引溫度應(yīng)力的大小與材料性質(zhì)、斷面溫差有關(guān)。而斷面溫差又取決于金屬的導(dǎo)熱性、斷面尺寸、加熱速度和溫度頭（temperaturehead──爐溫與坯料表面溫度之差）。如果金屬的導(dǎo)熱性差、斷面尺寸大、加熱速度快、溫度頭又大，則斷面溫差就大，因而溫度應(yīng)力也大。反之溫度應(yīng)力則小。所以，在加熱斷面尺寸大的大型鋼錠和導(dǎo)溫性差的高合金鋼時，由于會產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，低溫階段必須緩慢加熱。

溫度應(yīng)力的大小與材料性質(zhì)、斷面溫差有關(guān)。而斷面溫差又取決于金2.組織應(yīng)力具有固態(tài)相變的鋼，在加熱時表層先發(fā)生相變，內(nèi)層后發(fā)生相變，相變前后組織的比容發(fā)生變化，這樣引起的內(nèi)應(yīng)力為組織應(yīng)力。在鋼料加熱過程中，組織應(yīng)力沒有危險性。防止方法：低溫裝爐、分段加熱

（裝爐溫度控制在600℃以下，以較慢

的速度加熱到600℃左右，經(jīng)一段

時間保溫，使內(nèi)外溫度均勻后再快速

加熱到始鍛溫度）

2.組織應(yīng)力具有固態(tài)相變的鋼，在加熱時表層先發(fā)生相變，§3-3鍛造溫度范圍的確定鍛造溫度范圍是指金屬開始鍛造溫度（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。始鍛溫度～終鍛溫度§3-3鍛造溫度范圍的確定鍛造溫度范圍是指金屬開始鍛造溫確定鍛造溫度范圍的基本原則是：要求金屬在鍛造溫度范圍內(nèi)具有良好的塑性和較低的變形抗力；能鍛出優(yōu)質(zhì)鍛件(所需的組織性能)；鍛造溫度范圍盡可能寬些，以便減少加熱火次，提高生產(chǎn)效率。確定鍛造溫度范圍的基本原則是：確定鍛造溫度范圍的基本方法是：運用合金相圖、塑性圖、抗力圖和再結(jié)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，確定出合理的鍛造溫度范圍，并在生產(chǎn)實踐中進行驗證和修改。確定鍛造溫度范圍的基本方法是：⒈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(yīng)盡可能使合金處于單相狀態(tài)。所以首先應(yīng)按相圖初選鍛造溫度范圍。⒉從保證變形金屬具有較高可鍛性出發(fā)，運用塑性圖和抗力圖來確定合適的鍛造溫度范圍。⒊再結(jié)晶圖表示變形溫度、變形程度與鍛件晶粒尺寸之間的關(guān)系，是通過試驗測繪的。它對確定最后一道變形工序的鍛造溫度、變形程度具有重要的參考價值。⒈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以碳鋼為例：1)始鍛溫度的確定應(yīng)保證鋼不產(chǎn)生過熱和過燒。一般應(yīng)低于鐵碳平衡圖的固相線150~250℃。始鍛溫度隨含碳量的增加而降低2)終鍛溫度的確定既要保證金屬在終鍛前具有足夠的塑性，又要使鍛件能獲得良好的組織性能。因此，終鍛溫度應(yīng)高于再結(jié)晶溫度，以保證鍛后再結(jié)晶完全，使鍛件得到細晶粒的再結(jié)晶組織。但過高會使鍛件在冷卻過程中晶粒繼續(xù)長大，因而降低機械性能，尤其是沖擊韌性降低更多。因此，必須通過相圖和再結(jié)晶圖綜合分析。通過鐵碳相圖可以分析碳鋼的情況。以碳鋼為例：3)從保證最小的變形抗力出發(fā)，根據(jù)抗力圖來確定合適的鍛造溫度范圍。如果設(shè)備噸位夠，在保證鍛件質(zhì)量和塑性的前提下，抗力一般不予考慮。然而對于耐熱合金之類，由于溫度的稍許下降，會導(dǎo)致變形抗力的急劇增加，甚至硬化現(xiàn)象嚴重，出現(xiàn)冷變形或混合變形機構(gòu)，這時，在確定鍛造溫度范圍時，變形抗力應(yīng)予以足夠的重視。3)從保證最小的變形抗力出發(fā)，根據(jù)抗力圖來確定合適的鍛造溫度

實際生產(chǎn)中，隨溫度的不同，鋼材對外表現(xiàn)出不同的顏色，鍛造時即可以根據(jù)鋼材的顏色大致估計其溫度，稱為“看火色”

表3-6

鋼材火色和溫度實際生產(chǎn)中，隨溫度的不同，鋼材對外表現(xiàn)出不同的顏色，鍛在保證不出現(xiàn)加熱缺陷的前提下，始鍛溫度應(yīng)盡量取高一些；在保證塑性足夠的前提下，終鍛溫度應(yīng)盡可能定低一些

常用鋼材的鍛造溫度范圍在保證不出現(xiàn)加熱缺陷的前提下，始鍛溫度應(yīng)盡量取高一些；§3-4金屬加熱規(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，對爐溫和坯料溫度隨時間變化的規(guī)定。為了方便和清晰起見，加熱規(guī)范是采用爐溫-時間的變化曲線（又稱加熱曲線或爐溫曲線）來表示。如表3-4所示，加熱規(guī)范有：一段、二段、三段、四段及五段之分。§3-4金屬加熱規(guī)范加熱規(guī)范，就是金屬坯料從裝爐開始到加一、制訂加熱規(guī)范的原則和方法

1．內(nèi)容：裝料時的爐溫、加熱各個階段爐子的升溫速度、各個階段的加熱（保溫）時間和總的加熱時間、最終的加熱溫度和允許的加熱不均勻性、允許的溫度頭等。2．加熱規(guī)范原則：要保證金屬在加熱過程中不產(chǎn)生裂紋、過熱、過燒和熔化現(xiàn)象，加熱要均勻，氧化脫碳少，加熱時間短和節(jié)省燃料等。即保證高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗。一、制訂加熱規(guī)范的原則和方法1．內(nèi)容：裝料時的爐溫、3．核心問題：確定金屬在整個加熱過程中不同階段的加熱溫度、加熱速度和加熱（保溫）時間。通常可將加熱過程分為預(yù)熱、加熱、均熱三個階段。預(yù)熱階段主要是規(guī)定裝料時的爐溫；加熱階段關(guān)鍵是正確選擇升溫加熱速度；均熱階段則應(yīng)保證金屬溫度均勻，給定保溫時間。3．核心問題：確定金屬在整個加熱過程中不同階段的加熱溫度、加

（一）裝爐溫度避免溫度應(yīng)力過大引起裂紋。對導(dǎo)溫性好和斷面尺寸小的坯料，裝料爐溫不受限制。而相反，對于導(dǎo)溫性較差和斷面尺寸大的坯料就應(yīng)該限制裝料爐溫了。因為在開始預(yù)熱階段，鋼料溫度低、塑性差，而且在200~400℃范圍內(nèi)存在藍脆區(qū)，對于冷鋼錠和大型鋼坯，裝料爐溫一般在350~650℃，因為在這個溫度范圍內(nèi)，塑性指標δ、φ顯著提高，而且還應(yīng)在此溫度進行保溫；高錳鋼易出現(xiàn)裂紋，裝料爐溫為400~450℃。（一）裝爐溫度避免溫度應(yīng)力過大引起裂紋。對導(dǎo)溫性好和斷鋼料斷面最大允許溫差[Δｔ]的計算公式見書上，根據(jù)計算的[Δｔ]和金屬坯料的熱阻R/λ(坯料半徑/導(dǎo)熱系數(shù))對照圖3-13就可得到允許的裝爐溫度。圖3-13中是理論計算值，并且此法結(jié)果偏低，可查圖3-14的實踐經(jīng)驗圖表修正。鋼料斷面最大允許溫差[Δｔ]的計算公式見書上，（二）加熱速度

金屬加熱速度是指加熱時溫度升高的快慢。通常是指金屬表面溫度的升高的速度，單位℃/h，也可用單位時間內(nèi)加熱的厚度來表示，也就是金屬截面熱透的程度，單位mm/min。（二）加熱速度在加熱規(guī)范中有兩種不同的加熱速度：1、技術(shù)上可能的加熱速度，2、金屬允許的加熱速度。前者為爐子本身可能達到的加熱速度。后者為保證坯料加熱質(zhì)量及完整性所允許的加熱速度，它取決于溫度應(yīng)力的限制。而溫度應(yīng)力又與金屬的導(dǎo)熱性、力學(xué)性能、坯料尺寸有關(guān)。在加熱規(guī)范中有兩種不同的加熱速度：對于導(dǎo)溫性好、斷面尺寸小的鋼料，其允許的加熱速度很大，即使爐子按最大可能的加熱速度加熱，也不可能達到坯料允許的加熱速度，因此，對于這類金屬，如碳素鋼和有色金屬，其斷面小于200mm時，根本不用考慮允許的加熱速度。對于導(dǎo)溫性好、斷面尺寸小的鋼料，其允許的加熱速度很大，即使爐然而相反，對于導(dǎo)溫性差、斷面尺寸大的鋼料，允許的加熱速度小，在低溫區(qū)應(yīng)不能超過它自身允許的加熱速度，當(dāng)爐溫超過700~850℃時，可按最大允許的加熱速度加熱。然而相反，對于導(dǎo)溫性差、斷面尺寸大的鋼料，允許的加熱速度小，怎么樣來提高加熱速度呢？影響加熱速度的主要因素是爐溫，確切地說是爐溫和金屬表面的溫度差，即溫度頭。當(dāng)爐溫愈高，溫差愈大，則金屬得到的熱量愈多，加熱速度也就愈快。怎么樣來提高加熱速度呢？因此，提高加熱速度的措施有：①提高爐溫，采用快速加熱；②合理布排爐內(nèi)金屬，盡可能多面加熱；③合理設(shè)計爐膛尺寸，特別是爐膛高度，造成爐內(nèi)強烈循環(huán)，增加輻射和對流換熱等。生產(chǎn)中常采用提高溫度頭的辦法來提高加熱速度。因此，提高加熱速度的措施有：（三）均熱保溫在五段加熱中有三段保溫平臺，見圖3-12：（Ⅰ）裝爐溫度下保溫、（Ⅱ）700~800℃保溫、（Ⅲ）鍛造溫度下的保溫(均熱保溫通常對此而言)。這三段保溫目的如下：在裝爐溫度下保溫（Ⅰ）目的是：因在550~650℃以前，鋼的塑性較差，可能由于溫度應(yīng)力引起破裂。所以其目的是防止金屬在加熱過程中因溫度應(yīng)力而引起破壞。（三）均熱保溫（Ⅱ）段目的是為了減少第一期加熱后鋼料斷面上的溫差，從而減少鋼料斷面內(nèi)的溫度應(yīng)力和使鍛造溫度下的保溫時間不至過長。對于幾何尺寸較大的、具有相變的鋼，更需要第二段保溫。（Ⅱ）段目的是為了減少第一期加熱后鋼料斷面上的溫差，從而減少（Ⅲ）段保溫目的除了減少坯料斷面上的溫差以使溫度均勻外，還可借高溫擴散作用使鋼料組織均勻化。這樣不但有利于鍛造均勻變形，而且還能提高鋼的塑性和鍛件質(zhì)量。但時間要控制好，不能太長，以免引起過熱或過燒。（Ⅲ）段保溫目的除了減少坯料斷面上的溫差以使溫度均勻外，還可（四）加熱時間

是總的加熱時間，即指坯料裝爐后從開始加熱到出爐所需要的時間，包括加熱各階段的升溫時間和保溫時間。確定加熱時間的方法可以按傳熱學(xué)理論計算，但在工廠中經(jīng)常采用經(jīng)驗公式、經(jīng)驗數(shù)據(jù)、試驗圖線確定加熱時間。（四）加熱時間

是總的加熱時間，即指坯料裝爐后從開始加熱到出總之，在制定加熱規(guī)范時，主要從鋼料的斷面尺寸、化學(xué)成分、及有關(guān)性能（塑性、強度、導(dǎo)溫性、線膨脹系數(shù)、組織特點）等方面進行綜合考慮，從而制定出較合理的加熱規(guī)范?？傊谥贫訜嵋?guī)范時，主要從鋼料的斷面尺寸、化學(xué)成二、鋼錠的加熱規(guī)范

鋼錠裝爐時根據(jù)溫度的高低可分為冷錠與熱錠。冷、熱鋼錠的加熱工藝差別很大。二、鋼錠的加熱規(guī)范鋼錠裝爐時根據(jù)溫度的高低可分為冷錠

1．冷錠加熱規(guī)范冷錠是指室溫下開始裝爐的錠料。其加熱關(guān)鍵在于低溫階段，因冷錠塑性差，且內(nèi)部殘余應(yīng)力與溫度應(yīng)力同向，加上各種組織缺陷造成的應(yīng)力集中，加熱不當(dāng)易產(chǎn)生裂紋。所以在低溫階段必須緩慢進行，裝爐溫度不能太高。1．冷錠加熱規(guī)范冷錠是指室溫下開始裝爐的錠料。其由于大型冷鋼錠因尺寸大，產(chǎn)生的溫度應(yīng)力也大。因此大型冷錠均采用二段、三段、四段或五段的分段加熱規(guī)范。實例見圖3-18和3-19。小型鋼錠因斷面尺寸小，加熱時溫度應(yīng)力不大，故加熱速度可快一些，可在700~1000℃下裝爐。由于大型冷鋼錠因尺寸大，產(chǎn)生的溫度應(yīng)力也大。因此大型冷錠均采2．熱錠加熱規(guī)范由煉鋼車間直接送到鍛壓車間，表面溫度不低于600℃的鋼錠稱為熱錠。直接進行加熱鍛造的熱鋼錠，可縮短加熱時間，節(jié)約燃料。并且可避免在低溫段加熱時所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和開裂。由于各種鋼在高溫時，導(dǎo)熱性都很接近，所以熱錠的加熱規(guī)范，只取決于斷面尺寸，而與鋼種無關(guān)。2．熱錠加熱規(guī)范由煉鋼車間直接送到鍛壓車間，表面溫度不低三、鋼材與中小鋼坯的加熱規(guī)范

一般中小型鍛件采用鋼材與鋼坯為原材料。其特點是斷面尺寸?。唤?jīng)過變形，強度和塑性均較高；鑄造殘余應(yīng)力已被消除。加熱時溫度應(yīng)力也小。因此，可以進行快速加熱。三、鋼材與中小鋼坯的加熱規(guī)范一般中小型鍛件§3-5少無氧化加熱

燒損量小于0.5%的鍛前加熱為少氧化加熱。燒損量小于0.1%的鍛前加熱為無氧化加熱。為了獲得表面光潔和尺寸準確的精鍛件，坯料在鍛前的加熱必須是無氧化或少氧化。因此，能否實現(xiàn)坯料的少無氧化加熱是決定精鍛工藝成敗的關(guān)鍵問題之一。§3-5少無氧化加熱燒損量小于0.5%的鍛前加實現(xiàn)少無氧化加熱常用和較快的方法有：快速加熱介質(zhì)保護加熱少無氧化火焰加熱。實現(xiàn)少無氧化加熱常用和較快的方法有：一、快速加熱(rapidheating)快速加熱包括火焰爐中的輻射快速加熱和對流快速加熱，感應(yīng)電加熱、接觸電加熱等。它由于加熱速度快，加熱時間鍛，所以坯料表面氧化少。一、快速加熱(rapidheating)二、介質(zhì)保護加熱1．氣體介質(zhì)常用的保護氣體有惰性氣體、不完全燃燒的煤氣、天然氣、石油液化氣或分解氨等。2．液體介質(zhì)如熔融玻璃、熔融鹽。玻璃浴爐，鹽浴爐等。3．固體介質(zhì)如玻璃粉、琺瑯粉、石墨粉以及金屬薄膜等。二、介質(zhì)保護加熱三、少無氧化火焰加熱通過控制爐氣的成分和性質(zhì)，利用燃料不完全燃燒所產(chǎn)生的中性爐氣或還原性爐氣，來實現(xiàn)金屬的少無氧化加熱。三、少無氧化火焰加熱§3-6金屬的鍛后冷卻鍛件的冷卻是指鍛件從終鍛溫度出模冷卻到室溫。一、鍛后冷卻常見缺陷產(chǎn)生的原因和防止措施1．裂紋冷卻裂紋是由于鍛件冷卻過程中的內(nèi)應(yīng)力引起的，它由鍛件表面向內(nèi)部擴展。按照冷卻時內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因，有溫度應(yīng)力、組織應(yīng)力和殘余應(yīng)力。§3-6金屬的鍛后冷卻鍛件的冷卻是指鍛件從終鍛溫度出模冷2．白點銀白色斑點。屬脆性裂紋。白點多發(fā)生在珠光體類和馬氏體類合金鋼中，鍛件的尺寸愈大，白點愈容易形成。白點形式的原因是由于鋼中氫氣和組織應(yīng)力共同作用的結(jié)果。冷卻速度愈快時，愈容易形成白點。2．白點銀白色斑點。屬脆性裂紋。3．網(wǎng)狀碳化物過共析鋼和軸承鋼如果終鍛溫度較高并在鍛后緩冷，特別是在Arm→Ar1區(qū)間緩冷時，由奧氏體中大量析出二次碳化物并擴散到晶界，于是便沿原奧氏體晶界形成碳化物網(wǎng)。當(dāng)網(wǎng)狀碳化物較嚴重時，材料的沖擊韌性下降，淬火時常引起龜裂。這幾種缺陷都與冷卻速度有關(guān)，因此要確定合適的冷卻速度防止這些缺陷的產(chǎn)生。3．網(wǎng)狀碳化物過共析鋼和軸承鋼如果終鍛溫度較高并在鍛后緩二、鍛件的冷卻方法按冷卻速度分有三種：即空冷、坑冷、爐冷。１．空冷終鍛結(jié)束后鍛件出模就放在靜止的空氣中冷卻，冷卻速度較快。對于有色金屬（鋁合金、鎂合金、鈦合金）鍛件，常用。２．坑（箱）、灰砂冷一般鍛件，砂溫度不應(yīng)低于500℃。周圍蓄砂厚度不能小于80mm。二、鍛件的冷卻方法按冷卻速度分有三種：即空冷、坑冷、爐冷。３．爐冷入爐溫度一般不低于600～650℃，出爐溫度不應(yīng)高于100～150℃。這種方法冷卻速度很慢，生產(chǎn)率低。主要用于中碳鋼和低合金鋼的大型鍛件，和高合金鋼的重要鍛件?？绽?，冷卻速度較快；坑冷次之；爐冷最慢。３．爐冷入爐溫度一般不低于600～650℃，出爐溫度不應(yīng)三、鍛件的冷卻規(guī)范

制定鍛件冷卻規(guī)范的關(guān)鍵是冷卻速度。正確的鍛造工藝可以得到質(zhì)量好的鍛件，但如果鍛后冷卻不當(dāng)，將使鍛件變形、表面過硬，甚至由于冷卻過快而開裂使鍛件報廢。三、鍛件的冷卻規(guī)范

制定鍛件冷卻規(guī)范的關(guān)鍵是冷卻速度。一般來說，成分簡單的，尺寸小的坯料，允許鍛后冷卻速度快；反之，合金化復(fù)雜的要緩慢冷卻。另外，含碳量高的（碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼）應(yīng)先空冷，后坑冷或爐冷。這是因為在鍛后初期如果緩慢冷卻，會析出網(wǎng)狀碳化物；一般來說，成分簡單的，尺寸小的坯料，允許鍛后冷卻速度快；反之沒有相變的鋼，如奧氏體鋼，鐵素體鋼，空冷；在空冷中容易產(chǎn)生馬氏體相變的鋼，如高速鋼、不銹鋼、高合金工具鋼，避免產(chǎn)生裂紋，需要緩慢冷卻；對白點敏感的鋼，爐冷；鋁合金導(dǎo)熱性好，可空冷或水冷。沒有相變的鋼，如奧氏體鋼，鐵素體鋼，空冷；課堂作業(yè)：根據(jù)所示的圖分析：（1）始鍛溫度。（2）圖中三段平臺線段各表示什么，目的？（3）[v]，[vM]所示的斜線段代表什么含義？為什么圖示的兩個斜線斜率不一樣，說明理由。（4）說出該加熱曲線的類型。課堂作業(yè)：根據(jù)所示的圖分析：材料科學(xué)與工程學(xué)院第四章自由鍛主要工序分析材料科學(xué)與工程學(xué)院第四章自由鍛主要工序分析鍛造工藝學(xué)課件鍛造工藝學(xué)課件空氣錘空氣錘§4-1概述一、定義

自由鍛——利用沖擊力或壓力使金屬在上下兩個平板之間產(chǎn)生變形，從而得到所需形狀及尺寸的鍛件?；蛘哒f：只用簡單的工具，或在鍛造設(shè)備的上下砧間直接對坯料施加外力，使坯料產(chǎn)生變形而獲得所需形狀及內(nèi)部質(zhì)量的鍛件的加工方法?！?-1概述一、定義

自由鍛——利用沖擊力或壓力使金屬自由鍛造：手工自由鍛造和機械自由鍛造（自由鍛）

鍛錘自由鍛——產(chǎn)生沖擊力使金屬坯料變形（中小型）

水壓機自由鍛——靠壓力使坯料變形（大型）

優(yōu)點：所用工具簡單，通用性強、靈活性大，因此適合單件和小批鍛件。

缺點：鍛件精度低，加工余量大，生產(chǎn)率低，勞動強度大。自由鍛造：手工自由鍛造和機械自由鍛造（自由鍛）

鍛錘自由鍛二、自由鍛工序分類

自由鍛工序：基本工序、輔助工序和修整工序

⑴基本工序指能夠大幅度地改變坯料形狀和尺寸的工序，是主要變形工序。

如鐓粗、拔長、沖孔、芯軸拔長、彎曲、錯移、扭轉(zhuǎn)、切割、芯軸擴孔等。

⑵輔助工序指在坯料進入基本工序前預(yù)先變形的工序。

如鋼錠倒棱和縮頸倒棱、預(yù)壓鉗把、階梯軸分段壓痕等。二、自由鍛工序分類

自由鍛工序：基本工序、輔助工序和修⑶修整工序即后續(xù)工序。指用來精整鍛件尺寸和形狀使完全達到鍛件圖要求的工序。一般是在某一基本工序完成后進行。

如鐓粗后的鼓形滾圓和截面滾圓，凸起、凹下及不平和有壓痕面的平整，拔長后的彎曲校直和鍛斜后的校正等。自由鍛件的成形都是這三類工序的組合⑶修整工序即后續(xù)工序。指用來精整鍛件尺寸和形狀使完全達到鍛造工藝學(xué)課件輔助工序輔助工序修整工序修整工序三、金屬塑性變形及流動的幾個問題

（一）影響金屬塑性變形流動的三個因素

加載情況、受力情況、變形情況

整體加載——整體受力

如鐓粗

局部加載——整體受力——整體變形

如沖孔（D/d<5）

局部加載——局部受力——局部變形

如拔長、沖孔（D/d>5）三、金屬塑性變形及流動的幾個問題

（一）影響金屬塑性變形流（二）金屬塑性變形的不均勻性

實質(zhì)上是由金屬質(zhì)點的不均勻流動引起的。

（三）塑性變形時金屬的流動方向

最小阻力定律

（二）金屬塑性變形的不均勻性

實質(zhì)上是由金§4-2自由鍛工序特點

定義：在外力作用下，使坯料高度減小，橫截面增大的鍛造工序。

一、鐓粗§4-2自由鍛工序特點定義：在外力作用下，使坯料高度減（二）鐓粗的作用：⑴獲得橫截面較大而高度較小的鍛件（餅塊件）。⑵用作沖孔前的準備工序(增大坯料的橫截面積以便于沖孔)。

⑶“反復(fù)鐓拔法”，鐓粗與拔長相結(jié)合，可提高鍛造比，同時擊碎合金工具鋼中的塊狀碳化物，并使其分布均勻以提高鍛件的使用性能。

⑷提高鍛件的橫向力學(xué)性能以減小力學(xué)性能的異向性。（二）鐓粗的作用：（四）主要質(zhì)量問題和變形流動特點

-------針對圓截面坯料的鐓粗討論

1．質(zhì)量問題：側(cè)表面產(chǎn)生縱向或45o裂紋；

側(cè)表面出現(xiàn)鼓形；

上下端存留鑄態(tài)組織；

高坯料鐓粗易失穩(wěn)彎曲。（三）主要方法:平砧鐓粗、墊環(huán)鐓粗和局部鐓粗。（四）主要質(zhì)量問題和變形流動特點

2．變形流動特點

（1）鐓粗時由于坯料兩端面與工具存在摩擦力而導(dǎo)致金屬變形不均勻。

坯料上下端面及其表層金屬因受摩擦力影響成為難變形區(qū)（Ⅰ）；區(qū)域（Ⅱ）為大變形區(qū);區(qū)域（Ⅲ）為小變形區(qū)。因此，鐓粗結(jié)果，坯料由圓柱形變?yōu)楣男巍Ａ硗?，（I）區(qū)與工具接觸，溫度降低快，也是難變形的原因之一。

i.這樣三個區(qū)域的變形不均勻使金屬內(nèi)部晶粒粗細不一。大變形區(qū)變形充分，得到細晶粒；難變形區(qū)，還保留粗大的鑄態(tài)組織。

ii.（Ⅱ）（Ⅲ）區(qū)變形的不均，又引起了側(cè)表面裂紋的產(chǎn)生。

2．變形流動特點

（1）鐓粗時由于坯料兩端面與工具存在摩擦IIIIIIIIIIII平砧鐓粗變形分布與應(yīng)力狀態(tài)分析IIIIIIIIIIII平砧鐓粗變形分布與應(yīng)力狀態(tài)分析（2）不同高徑比坯料的鐓粗

坯料形狀和尺寸對鐓粗時不均勻變形也有影響。ⅠⅡⅢⅣⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅢⅢⅢⅢⅢⅢⅢⅢⅢⅣH0/D0=2.5HO/D0=1.45H0/D0=1～0.67H0/D0=0.22不同髙徑比坯料鐓粗的變形情況（2）不同高徑比坯料的鐓粗

坯料形狀和尺寸對鐓粗時不3．為減少缺陷可采取的措施有：

a采用潤滑，預(yù)熱工具b用側(cè)凹形毛坯鐓粗3．為減少缺陷可采取的措施有：

a采用潤滑，預(yù)熱工具c使用軟金屬墊鐓粗軟金屬墊鐓粗c使用軟金屬墊鐓粗軟金屬墊鐓粗d疊料鐓粗疊料鐓粗f反復(fù)鐓粗拔長工藝

d疊料鐓粗疊料鐓粗f反復(fù)鐓粗拔長工藝

單墊環(huán)鐓粗單墊環(huán)鐓粗

局部鐓粗局部鐓粗二、拔長

（一）定義：使坯料橫截面減小，以增加其長度的鍛造工序

（二）拔長作用：⑴由橫截面積較大的坯料得到橫截面積較小、而軸向較長的軸類鍛件；

⑵作為輔助工序進行局部變形；

⑶“反復(fù)鐓拔”工序。

二、拔長（一）定義：使坯料橫截面減小，以增加其長度的鍛造拔長工序是通過逐次送進和反復(fù)轉(zhuǎn)動坯料進行壓縮變形，耗費工時最多。拔長操作方法拔長工序是通過逐次送進和反復(fù)轉(zhuǎn)動坯料進行壓縮變形，耗費工時最（三）拔長時主要質(zhì)量問題和變形流動特點：

1．質(zhì)量問題：裂紋，表面折疊，端面內(nèi)凹，組織與性能不均。

2．拔長時的變形特點

拔長時坯料變形情況與鐓粗變形有某些相似之處，它是兩端帶有不變形金屬的鐓粗。

（三）拔長時主要質(zhì)量問題和變形流動特點：

1．質(zhì)量問題：拔長時，最關(guān)注的是拔長速度和拔長對鍛件質(zhì)量的影響。

影響這兩項指標的主要因素有的：送進量L0、壓下量△h、砧面與坯料的形狀、錘擊的輕重與操作方法以及坯料的加熱溫度等等。矩形截面拔長拔長時，最關(guān)注的是拔長速度和拔長對鍛件質(zhì)量的影響。

影響這兩（1）送進量的大小，除影響生產(chǎn)率外，還影響鍛件質(zhì)量當(dāng)送進量太小，而坯料厚度（h0）又比較大，即當(dāng)L0<0.5h0時會出現(xiàn)鍛不透的現(xiàn)象，坯料內(nèi)部變形小而產(chǎn)生軸向拉應(yīng)力，有可能導(dǎo)致鍛件內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。送進量過大又會產(chǎn)生外部橫向裂紋和內(nèi)部縱向裂紋。所以，送進量還需根據(jù)坯料厚度來考慮，一般取L0=(0.6～0.8)h0。

（1）送進量的大小，除影響生產(chǎn)率外，還影響鍛件質(zhì)量（2）壓下量（Δh）是指變形前后坯料厚度之差，即Δh=h0-h。

每次錘擊的壓下量不宜過大

一般認為Δh=(0.1～0.2)h0，并且壓后斷面的寬高比不應(yīng)小于2～2.5倍，否則翻轉(zhuǎn)90°再壓第二次時就會產(chǎn)生彎曲以致形成折疊。（2）壓下量（Δh）是指變形前后坯料厚度之差，即Δh=h0-必須指出：選擇壓下量時應(yīng)結(jié)合送進量來考慮。一般送進量應(yīng)該足夠大，即L0>(0.5～0.75)Δh。否則，會產(chǎn)生折疊，表面折疊產(chǎn)生主要是送進量與壓下量不合適，導(dǎo)致鍛件報廢。

拔長時坯料溫度應(yīng)適中、均勻。錘擊須快，錘擊的輕重（打擊力的大?。┮阅苠懲概髁蠟闇?。必須指出：選擇壓下量時應(yīng)結(jié)合送進量來考慮。3．坯料拔長時缺陷的防止措施

（1）表面橫向裂紋與角裂，前者是由于送進量過大同時壓縮量也過大所引起的；后者除了變形原因外，主要是由于角部溫度散失快，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，引起表面拉力過大(應(yīng)及時進行倒角)。

（2）表面折疊主要是由于送進量太小

3．坯料拔長時缺陷的防止措施

（1）表面橫向裂紋與角裂，前（3）內(nèi)部橫向裂紋也是由于送進量太小，出現(xiàn)雙鼓形特征，引發(fā)軸心拉應(yīng)力。

（4）內(nèi)部縱向裂紋送進量過大，壓下量較小，所造成的中心拉應(yīng)力。

（5）端面內(nèi)凹送進量太小，表面金屬變形大、軸心尚未來得及變形引起的。

此外還有：對角線裂紋，端面裂紋，端部孔壁裂紋（3）內(nèi)部橫向裂紋也是由于送進量太小，出現(xiàn)雙鼓形特征，引（四）型砧拔長坯料在V型砧或圓弧型砧中拔長。V型砧有兩種情形：即“上平下V”型和“上下V”型。其作用是利用側(cè)壓限制金屬的橫向流動，迫使金屬沿軸向伸長。

在型砧中拔長可提高生產(chǎn)率，防止內(nèi)部縱向裂紋的產(chǎn)生。

拔長砧子形狀及其對變形區(qū)分布的影響a)上下V形砧b)上平下V砧c)上下平砧（四）型砧拔長坯料在V型砧或圓弧型砧中拔長。V型砧有兩種（五）空心件拔長(芯軸拔長)

在拔長時孔中穿一根芯軸，是一種減小空心坯料的壁厚而增加其長度的鍛造工序。

適用于鍛造長筒形鍛件

主要質(zhì)量問題：孔內(nèi)壁開裂和壁厚不均

（五）空心件拔長(芯軸拔長)

在拔長時孔中穿一根芯軸，是三、沖孔

（一）定義：采用沖子將坯料沖出透孔或盲孔(不透孔)的鍛造工序稱為沖孔。

較薄的坯料通常采用單面沖孔；

厚度較大的鍛件，一般采用雙面沖孔法

實心沖子沖孔1毛坯2沖墊3沖子4心料三、沖孔

（一）定義：采用沖子將坯料沖出透孔或盲孔(不透（二）沖孔常用于：⑴大于Ф30的盲孔或透孔鍛件；