第三章鍛前加熱鍛后

第三章鍛前加熱鍛后第1頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、加熱方法根據(jù)加熱時(shí)的能源性質(zhì)不同，加熱方法可以分為火焰加熱和電加熱兩大類。1.火焰加熱利用燃料（煤、焦炭、重油、柴油和煤氣）在火焰加熱爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生含有大量熱能的高溫氣體（火焰），通過對(duì)流、輻射把熱能傳給毛坯表面，再由表面向中心熱傳導(dǎo)而使金屬毛坯加熱。燃料的燃燒時(shí)燃料種的可燃物質(zhì)與空氣中的氧劇烈反應(yīng)的過程，可燃物質(zhì)與空氣的配備比例不同，所放出的熱量也是不同的。為了使燃料能夠充分燃燒，實(shí)際供給的空氣量要比理論需要的空氣量稍大。實(shí)際供給的空氣量與理論空氣需要量之比，稱為空氣過剩系數(shù)。式中：α——空氣過剩系數(shù)；L實(shí)——實(shí)際供給的空氣量（m3/kg）；L理——理論空氣需要量（m3/kg）。

第2頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三α<1：實(shí)際供給的空氣量少，得到還原性火焰，火焰長(zhǎng)，呈黃色。此時(shí)金屬不會(huì)被氧化，甚至氧化物還可被還原。當(dāng)坯料緩出爐或需要保溫實(shí)，采用還原性火焰加熱，可以防止坯料過度燒損和出現(xiàn)加熱缺陷。α>1：實(shí)際供給的空氣量過多，達(dá)到完全燃燒，得到氧化性火焰，火焰短而明亮。在氧化性火焰下加熱，坯料表面生成較厚的氧化皮，長(zhǎng)時(shí)間的加熱會(huì)增加坯料的燒損和出現(xiàn)加熱缺陷?？焖偌訜釙r(shí)用氧化性火焰。α≈1：燃料與空氣的配備比例合適，時(shí)理想的火焰，稱為中性火焰，但是在加熱時(shí)較難控制?；鹧婕訜岬奶攸c(diǎn)：（1）優(yōu)點(diǎn)：燃料來源廣；爐子建造容易；加熱費(fèi)用相對(duì)較低，對(duì)坯料的適應(yīng)范圍廣。第3頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）缺點(diǎn)：勞動(dòng)條件差；加熱速度慢；爐溫不宜控制；金屬材料的氧化燒損嚴(yán)重；對(duì)環(huán)境有污染，特別是燃煤加熱對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。第4頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.電加熱

電加熱是通過把電能轉(zhuǎn)換為熱能來加熱坯料的，其加熱方式有感應(yīng)加熱、接觸電加熱、電阻爐加熱和鹽浴爐加熱等（1）電阻爐、接觸電加熱和鹽浴爐加熱1）電阻爐加熱利用電流通入爐內(nèi)的電熱體所產(chǎn)生的熱量，以輻射與對(duì)流的方式來加熱金屬毛坯。金屬電熱體有：鐵鉻鋁合金(Cr25Al5、Cr17Al5、Cr13Al4)和鎳鉻合金(Cr20Ni80、Cr15Ni60)，做成線狀或帶狀，使用溫度一般在1100℃以下；非金屬電熱體：碳化硅、二硅化鉬，制成棒狀，使用溫度可高達(dá)1350℃以上。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)毛坯加熱的適應(yīng)范圍較大，便于實(shí)現(xiàn)加熱機(jī)械化自動(dòng)化，也可用保護(hù)氣體進(jìn)行少無(wú)氧化加熱。缺點(diǎn)：加熱溫度受到電熱體的限制，熱效率比其他電加熱法低得多。第5頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2）接觸電加熱以低壓大電流直接通入金屬毛坯，由于金屬存在一定電阻，電流通過就會(huì)產(chǎn)生熱量，從而使之加熱。優(yōu)點(diǎn)：加熱速度快，金屬燒損少，加熱溫度范圍不受限制（可局部加熱），熱效率高，耗電少，成本低，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。缺點(diǎn)：毛坯的表面粗糙度和形狀尺寸要求嚴(yán)格，特別是毛坯的端部必須規(guī)整，不得產(chǎn)生畸變，加熱變截面坯料會(huì)產(chǎn)生溫度不均勻。加熱溫度的測(cè)量和控制也比較困難。適用于長(zhǎng)毛坯的整體或局部加熱。第6頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）感應(yīng)加熱1）感應(yīng)加熱的原理

感應(yīng)加熱爐是以電磁感應(yīng)現(xiàn)象為基礎(chǔ)的。當(dāng)交變電流通過感應(yīng)線圈時(shí)，在線圈中感生交變磁場(chǎng)，交變磁場(chǎng)又感生出交變的電場(chǎng)。在線圈中置一根金屬棒料（坯料），棒料則出現(xiàn)感生電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流。由于棒料具有電阻，就使感生電流轉(zhuǎn)換成熱能，達(dá)到加熱目的。2）趨膚效應(yīng)坯料進(jìn)行感應(yīng)加熱時(shí)，沿坯料斷面的電流密度分別是不均勻的。中心電流密度小，表層電流密度大，這種現(xiàn)象稱為電流的趨膚效應(yīng)。電流集中的表面厚度稱為電流的穿透深度，用“δ”表示。第7頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三式中：δ——電流穿透深度（mm）；f——電流頻率（Hz）；

μr——相對(duì)磁導(dǎo)率。對(duì)于各類鋼，在760℃（居里點(diǎn)）以上時(shí)μr=1；

ρ——電阻率（Ω?cm）由上式可知，電流的穿透深度與電流頻率呈反比。頻率越高，電流的穿透深度越淺。

由于趨膚效應(yīng)，表層金屬主要是電流通過而被加熱，心部金屬則靠外層熱量向內(nèi)傳導(dǎo)加熱。對(duì)于大直徑的坯料，如采用高頻率感應(yīng)加熱爐加熱，就可能出現(xiàn)表里溫度不均勻，心部溫度過低，如要提高心部溫度，延長(zhǎng)加熱時(shí)間，表層金屬會(huì)因溫度過高而產(chǎn)生過熱、過燒等加熱缺陷。而選用較低的頻率感應(yīng)加熱，可以增加電流的穿透深度，達(dá)到表里同時(shí)加熱的目的。對(duì)于小直徑坯料，高頻電流可以穿透到心部，而且可以提高加熱效果。第8頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三鍛造用中頻

感應(yīng)加熱爐第9頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3）感應(yīng)加熱爐的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：加熱速度快；氧化燒損極少；熱效率高；溫度可以精確控制；勞動(dòng)條件好；可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加熱。

缺點(diǎn)；感應(yīng)線圈（加熱器）的尺寸對(duì)坯料的規(guī)格有一定的限制。

感應(yīng)加熱是目前鍛造加熱最先進(jìn)的加熱方法，在模鍛中應(yīng)用特別廣泛。3.少無(wú)氧化加熱精密模鍛前，坯料必須采用少無(wú)氧化加熱。少無(wú)氧化加熱減少了鋼材的氧化、脫碳和燒損，有利于提高模具壽命，鍛件精度和材料利用率。少無(wú)氧化加熱方法：保護(hù)氣氛加熱爐、鹽浴爐等。感應(yīng)加熱的氧化、脫碳和燒損極少，坯料的燒損一般在0.5%以下，也可用于精密模鍛。第10頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、加熱缺陷及防止

坯料在加熱過程中因加熱工藝、操作等原因所引起的常見加熱缺陷：氧化、脫碳、過熱、過燒和裂紋等。1.氧化在高溫下金屬和爐氣中的氧化性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在坯料表面生成氧化膜（皮）。（1）影響氧化的因素1）爐氣性質(zhì)爐氣性質(zhì)取決于燃燒是的空氣供給量L實(shí)。α>1時(shí)，爐內(nèi)呈氧化性氣氛，促使氧化皮生成；α<1時(shí)，爐內(nèi)有過量的CO、H2，呈還原性氣氛，坯料氧化很少，甚至不氧化。Fe+1/2O2FeOFe+CO2FeO+COFe+H20FeO+H2FeO+1/2O2Fe3O42Fe3O4+1/2O23Fe2o3

第11頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2）加熱時(shí)間鋼的加熱時(shí)間越長(zhǎng)，氧化擴(kuò)散能力越大，形成的氧化皮越厚。在高溫下加熱時(shí)間越長(zhǎng)，氧化月嚴(yán)重。3）加熱溫度加熱溫度升高，氧化擴(kuò)散速度加快，氧化燒損也嚴(yán)重，形成的氧化皮也就越厚。鋼在600℃以前的氧化速度較慢，當(dāng)溫度超過900~950℃時(shí)，氧化程度急劇增加。4）金屬的化學(xué)成分和坯料的相對(duì)表面積鋼的含碳量大于0.3%時(shí)，隨含碳量的增加，氧化程度減小，是因?yàn)榕髁媳砻嫔蒀O，降低了氧化性氣體對(duì)坯料表面的作用。Cr、Ni、Al和Mo等能在坯料表面生成致密的氧化膜，阻止了氧化性氣體向坯料心部的擴(kuò)散，可降低氧化程度。坯料的表面積小，接觸爐氣的面積也小，氧化燒損就相對(duì)較少。溫度（℃）900~950100011001300氧化速度123.57第12頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）氧化的危害1）造成金屬的燒損。不同加熱方法的燒損率見下表2）加劇了模具的磨損。氧化皮硬而脆，使模具壽命縮短；3）影響了鍛件表面的粗糙度值，形成麻點(diǎn)或墊坑；4）脫落在爐底的堿性氧化皮與酸性爐底發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使?fàn)t底過早損壞；5）氧化皮過厚，必然增加鍛件的機(jī)械加工余量，增加了材料消耗；6）影響了鍛件的鍛后熱處理工藝。（3）減少氧化的措施1）采取快速加熱，縮短加熱時(shí)間，特別是在高溫下的加熱時(shí)間；2）在保護(hù)性介質(zhì)或氣氛中加熱。加熱方法煤爐油爐煤氣爐電阻爐感應(yīng)加熱爐燒損率（%）2.5~42~31.5~2.51~1.5＜0.5第13頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.脫碳鋼在加熱時(shí)，其表層的碳與爐氣中的氧化性氣體（O2、H2O、CO2等）及某些還原性氣體（H2）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成坯料表面的含碳量降低。

3Fe3C+O26Fe+2COFe3C+2H23Fe+CH4Fe3C+H2O3Fe+CO+H2Fe3C+CO23Fe+2CO脫碳和氧化皮生成是同時(shí)存在的，影響脫碳的因素與影響氧化的因素相似。

脫碳的危害：（1）脫碳的存在，造成零件淬火軟點(diǎn)，影響其力學(xué)性能，減低了耐磨性；（2）脫碳層深度過深，只能靠增加機(jī)械加工余量的方法消除，加大了材料消耗。

一般情況下，用于防止氧化的措施，都可用于防止脫碳。3.過熱當(dāng)坯料加熱溫度超過始鍛溫度，或在高溫下停留時(shí)間過長(zhǎng)，而引起晶粒粗大的現(xiàn)象，稱為過熱。過熱不但使坯料晶粒粗大，在相同的條件下，鍛件冷卻后晶粒仍然粗大，導(dǎo)致鍛件的強(qiáng)度和沖擊性能顯著下降。第14頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三過熱分為穩(wěn)定過熱和不穩(wěn)定過熱。（1）不穩(wěn)定過熱由于單純的原高溫奧氏體晶粒粗大形成的過熱，稱為不穩(wěn)定過熱?？捎靡话愕臒崽幚矸椒ㄏ?，如正火等。（2）溫度過熱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、碳化物和碳氮化合物等）質(zhì)點(diǎn)以及其他促使原高溫奧氏體晶界穩(wěn)定的因素，這種過熱稱為穩(wěn)定過熱。穩(wěn)定過熱用一般熱處理方法不易消除或改善，如碳化物網(wǎng)狀組織。只能用鍛造方法，通過加大變形程度，打碎網(wǎng)狀碳化物，并使其呈彌散分布。只有嚴(yán)格遵守鍛造加熱規(guī)范，盡可能縮短在高溫下的停留時(shí)間，可以有效防止過熱的產(chǎn)生。第15頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.過燒當(dāng)坯料的加熱溫度高于過熱溫度，并且長(zhǎng)時(shí)間在爐內(nèi)停留時(shí)，不但高溫奧氏體晶粒粗大，還有氧化性氣體滲入晶界，形成低熔點(diǎn)的共晶氧化物。破壞了基體金屬的連續(xù)性，鍛造時(shí)一擊便碎。這種現(xiàn)象稱為過燒。

過燒是鍛件的致命缺陷。出現(xiàn)過燒鍛件只能報(bào)廢。對(duì)于大型鍛件，若局部過燒，只能將過燒部分切除。5.裂紋鋼在加熱過程的某一溫度下，內(nèi)應(yīng)力超過它此時(shí)的強(qiáng)度極限，就會(huì)產(chǎn)生裂紋。加熱時(shí)材料的內(nèi)應(yīng)力主要有：溫度應(yīng)力、組織應(yīng)力和殘余應(yīng)力。（1）溫度應(yīng)力坯料在加熱過程中，由于其表層溫度高于心部溫度，引起表層與心部的膨脹不均勻，這樣所引起的內(nèi)應(yīng)力為溫度應(yīng)力，也稱熱應(yīng)力。第16頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三坯料的截面尺寸越大，其表里溫度差也越大，產(chǎn)生的溫度應(yīng)力就大。注意：1）鋼在低于500~550℃時(shí)，鋼材處于彈性狀態(tài)，若此時(shí)快速加熱，表里溫差大，溫度應(yīng)力也大，超出材料強(qiáng)度極限時(shí)，坯料即會(huì)開裂。2）加熱溫度超過500~550℃時(shí)，鋼材處于塑性狀態(tài)，塑性好，變形抗力較低，即是坯料的表里溫差大，處于拉應(yīng)力的溫度應(yīng)力可以是坯料產(chǎn)生塑性變形，使溫度應(yīng)力得以釋放，不會(huì)造成坯料的開裂。（2）組織應(yīng)力具有相變的鋼在加熱過程中，表面首先發(fā)生相變，并且相變前后組織的比容發(fā)生變化，所引起的內(nèi)應(yīng)力稱為組織應(yīng)力。組織應(yīng)力與溫度應(yīng)力一樣，也是三向應(yīng)力狀態(tài)。第17頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

當(dāng)表層由珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)，表層拉應(yīng)力，心部壓應(yīng)力。此時(shí)表層的拉應(yīng)力正好與同位置的溫度應(yīng)力方向相反，使拉應(yīng)力值下降，不會(huì)出現(xiàn)開裂。當(dāng)心部也發(fā)生相變時(shí)，表層為壓應(yīng)力，心部為拉應(yīng)力，此時(shí)心部的拉應(yīng)力與同位置的溫度應(yīng)力同向，增加了開裂的趨勢(shì)。但是當(dāng)心部相變時(shí)，坯料已經(jīng)處于高溫，呈塑性狀態(tài)，塑性變形可以使拉應(yīng)力得到釋放，不會(huì)出現(xiàn)開裂。由此可見，在加熱過程中，組織應(yīng)力無(wú)產(chǎn)生開裂的危險(xiǎn)性。（3）殘余應(yīng)力鋼錠在加熱、冷卻過程中，由于外層和中心冷卻秩序不同，各部分的相互牽著，并保留在鋼錠中，形成殘余應(yīng)力。由于鋼錠外層冷的快，心部冷得慢，殘余應(yīng)力在鋼錠的外層為壓應(yīng)力，心部為拉應(yīng)力。其中心的拉應(yīng)力正好與同位置溫度應(yīng)力同向，增加了鋼錠加熱是心部開裂的趨勢(shì)。采用多段加熱規(guī)范，低溫階段緩慢加熱，可以避免加熱時(shí)坯料的開裂。只有當(dāng)加熱至坯料塑性狀態(tài)時(shí)，可以快速加熱，發(fā)揮加熱爐的最大能力。第18頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三四、鍛造溫度范圍的確定1.確定鍛造溫度范圍的基本原則和方法（1）鍛造溫度范圍開始鍛造溫度（始鍛溫度）至結(jié)束鍛造溫度（終鍛溫度）之間的溫度區(qū)間。（2）確定鍛造溫度的原則1）要求鋼在鍛造溫度范圍內(nèi)具有良好的塑性和較低的變形抗力，即可鍛性好；2）鍛造溫度范圍盡可能寬些，以便延長(zhǎng)鍛造時(shí)間，減少加熱次數(shù)，提高生產(chǎn)效率、降低能源消耗；3）能得到高質(zhì)量的鍛件，即有較好的斷口組織和性能。（3）確定鍛造溫度范圍的基本方法以鐵——碳平衡圖為基礎(chǔ)，參照塑性圖、抗力圖和再結(jié)晶圖，由塑性、組織性能和變形抗力三個(gè)方面綜合分析，從而確定出始鍛溫度和終鍛溫度。第19頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1）始鍛溫度的確定

從鐵—碳平衡圖可見，鋼的含碳量不同，其固相轉(zhuǎn)變線是不同的。當(dāng)加熱到A3、A1和Acm線以上，固相線以下，得到單相奧氏體組織。奧氏體組織塑性好，變形抗力小，易于塑性變形。首先保證鋼不出現(xiàn)過熱和過燒現(xiàn)象。一般應(yīng)低于鐵—碳平衡圖的固相線(或熔點(diǎn))150～250℃。在有些情況下，還應(yīng)考慮坯料的原始組織、鍛造方式和變形工藝等因素。第20頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三①鋼錠的始鍛溫度比同種鋼的鋼材要高20～50℃。因?yàn)橐凿撳V為坯料時(shí)，由于其液態(tài)凝固時(shí)所獲得的原始晶粒組織比較穩(wěn)定，產(chǎn)生過熱和過燒的傾向性小。

②當(dāng)采用高速錘鍛造時(shí)，始鍛溫度應(yīng)比通常的始鍛溫度低。因?yàn)楦咚僮冃螘r(shí)熱效應(yīng)非常顯著，要防止過熱。

③對(duì)于大型鍛件的鍛造，如果此時(shí)的鍛比小于1.5，則應(yīng)適當(dāng)降低始鍛溫度，以防晶粒長(zhǎng)大。這是因?yàn)樵诖_定其最后一火(或兩火)的始鍛溫度時(shí)，必須考慮最后工序剩余的鍛造比，這對(duì)不能用熱處理方式細(xì)化晶粒的某些特殊鋼來說尤其重要。

第21頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）終鍛溫度的確定

在確定終鍛溫度時(shí)，既要保證鋼在終鍛前具有足夠的塑性，又要時(shí)鍛件獲得良好的組織性能。終鍛溫度應(yīng)高于再結(jié)晶溫度，保證再結(jié)晶完全，以獲得細(xì)晶粒組織的鍛件。從鐵－碳平衡圖可見，終鍛溫度應(yīng)高于A1線以上25~75℃.若低于A1線就會(huì)出現(xiàn)珠光體組織，時(shí)塑性顯著下降，變形抗力增大，加工硬化嚴(yán)重，容易導(dǎo)致鍛件開裂。含碳量不同的鋼，其終鍛溫度也是不同的。①低碳鋼：終鍛溫度在A3線以下處于奧氏體和鐵素體的雙相區(qū)，二者的塑性都很好，不會(huì)給鍛造帶來困難。②中碳鋼：終鍛溫度基本上處于單相奧氏體區(qū)內(nèi)，塑性好，完全滿足終鍛要求。③高碳鋼：終鍛溫度在A1線以上，Acm線以下，Ａ１線以上50～100℃。若高于Acm線結(jié)束鍛造，停鍛溫度過高，不僅使晶粒粗大，還會(huì)沿晶界析出網(wǎng)狀滲碳體，降低了鍛件的力學(xué)性能。終鍛溫度在Am線以下時(shí)，不能停鍛，應(yīng)繼續(xù)鍛造，以破碎網(wǎng)狀滲碳體且呈彌散分布。有利于提高鍛件的力學(xué)性能。第22頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三在確定終鍛溫度時(shí)，還要考慮以下幾點(diǎn)；①對(duì)于無(wú)相變的鋼種，由于不能用熱處理的方法細(xì)化晶粒，只有依靠鍛造來控制晶粒度。為了使鍛件獲得細(xì)小晶粒，這類鋼的終鍛溫度一般偏低。②對(duì)于某些特殊工序，其終鍛溫度還要作相應(yīng)調(diào)整。例如精整工序的終鍛溫度一般允許比規(guī)定值低５０～８０℃。③對(duì)于鍛后立即進(jìn)行鍛件余熱熱處理時(shí)，為滿足余熱熱處理的溫度要求，其終鍛溫度有時(shí)可以稍高些，當(dāng)鍛件的材料為低碳鋼時(shí)，其終鍛溫度可以稍高于Ａ３線。第23頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

加熱規(guī)范是指金屬?gòu)难b爐開始到結(jié)束加熱的整個(gè)過程中，對(duì)爐子溫度和金屬溫度隨時(shí)間變化的規(guī)定。1.加熱規(guī)范的主要內(nèi)容裝爐溫度、加熱各個(gè)階段爐子的升溫速度、各個(gè)階段加熱（保溫）時(shí)間和總的加熱時(shí)間、以及最終加熱溫度、允許的加熱不均勻性和溫度頭等。2.制定加熱規(guī)范的原則在保證毛坯加熱質(zhì)量前提下，縮短加熱時(shí)間和節(jié)省燃料，力求加熱過程越快越好。3.加熱規(guī)范的確定方法（1）裝爐溫度通常裝爐溫度對(duì)導(dǎo)熱性好及斷面尺寸小的鋼料影響不大，一般不考慮裝爐溫度。但對(duì)導(dǎo)熱性差及斷面尺寸大的鋼料，則應(yīng)限制裝爐溫度，尤其對(duì)大鋼錠及高合金鋼，除限制裝爐溫度外，還應(yīng)在該溫度下進(jìn)行保溫。因?yàn)樵陂_始預(yù)熱階段，鋼料溫度低、塑性差，而且在200～400℃范圍內(nèi)存在蘭脆區(qū)。但在450℃以后,塑性指標(biāo)δ、ψ顯著提高，而σb和σ

s逐漸降低。所以，一般高速鋼的裝爐溫度為450～600℃，高錳鋼為400～450℃。（2）加熱速度

可能的最大的加熱速度（快速加熱）：爐子以最大的供熱能力加熱時(shí)所能達(dá)到的加熱速度；

金屬允許的加熱速度：金屬在加熱時(shí)不產(chǎn)生加熱裂紋的加熱速度。

溫度頭：爐溫與坯料表面的溫差。

五、鋼的加熱規(guī)范第24頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1）低溫階段（約在800℃前）爐溫與毛坯表面溫度間的差別很大，即溫度頭大。這時(shí)的加熱速度若達(dá)到最大值，由此引起的溫度應(yīng)力也可能最大。同時(shí)，由于鋼料在低溫時(shí)的塑性較差，特別是有藍(lán)脆溫度區(qū)及原有殘余應(yīng)力的存在，因此，鋼在這個(gè)階段產(chǎn)生裂紋的危險(xiǎn)性最大(這時(shí)的快速加熱要特別注意)。2）高溫階段由于鋼的塑性急劇的增加，溫度應(yīng)力和殘余應(yīng)力逐漸得到消除，產(chǎn)生裂紋的危險(xiǎn)性也就大為減少，因此，可以用最快的加熱速度加熱。只有加熱導(dǎo)熱性很差的高碳鋼、高合金鋼或斷面尺寸較大的鋼錠，因?yàn)楫a(chǎn)生裂紋的可能性較大，所以需要低溫預(yù)熱，要待塑性提高和產(chǎn)生裂紋的危險(xiǎn)性消除以后，方可用最大的、技術(shù)上所能達(dá)到的加熱速度來加熱。對(duì)于那些導(dǎo)熱性較好的低碳鋼、低合金鋼或斷面尺寸較小的鋼錠，均可不經(jīng)預(yù)熱，而直接裝入爐溫等于或高于始鍛溫度的爐內(nèi)，以最大的加熱速度進(jìn)行加熱。第25頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（3）均熱保溫1）裝爐溫度下的保溫，目的是防止金屬在加熱過程中，因溫度應(yīng)力而引起破壞，特別是鋼在200

～

400

℃的藍(lán)脆破壞。2）700

～

850

℃的保溫，目的是為了減少前段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(shí)間不至過長(zhǎng)。3）終鍛溫度下保溫，目的除減少鋼料斷面上的溫差以使溫度均勻外，還可借助擴(kuò)散作用，使組織均勻化，減小變形的不均勻。這樣不但提高了金屬的塑性，而且對(duì)提高鍛件質(zhì)量也有一定的重要意義。如高速鋼在終鍛溫度下的保溫的目的，就是使碳化物溶于固溶體中。但是對(duì)有些鋼，如鉻鋼（ＧＣr１５）在高溫下容易產(chǎn)生過熱。因此在鍛造溫度下的保溫時(shí)間不能太長(zhǎng)，否則將產(chǎn)生過熱和過燒。

第26頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（4）加熱時(shí)間坯料在爐中均勻加熱到規(guī)定溫度所用的時(shí)間，它是加熱各個(gè)階段保溫時(shí)間和升溫時(shí)間的總和，一般按實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖表確定。也可以按經(jīng)驗(yàn)公式確定。4.不同規(guī)格鋼錠、鋼材的加熱規(guī)范（1）鋼錠和大鋼坯的加熱規(guī)范

冷錠料(裝爐時(shí)的溫度為室溫)加熱規(guī)范：關(guān)鍵是控制低溫階段(600℃以下)的加熱速度：由于各種材料的冷鋼錠低溫時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)相差很大，因此，同樣溫度下其溫度應(yīng)力相差也很大。另外鋼錠在600℃以下塑性較差，其心部存在與溫度應(yīng)力同向的殘余應(yīng)力，如果加熱規(guī)范不當(dāng)容易引起鋼錠開裂。所以，冷鋼錠的加熱應(yīng)按導(dǎo)溫性和塑性的大小分組制定相應(yīng)的加熱規(guī)范。第27頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

熱錠料(煉鋼車間澆鑄的鋼錠直接保溫送到鍛造車間裝爐加熱，其裝爐時(shí)的表面溫度不低于550

～650℃)

采用熱錠料加熱不但避免產(chǎn)生殘余應(yīng)力和降低溫度應(yīng)力，而且縮短加熱時(shí)間，減少氧化損失及燃料消耗，避免鋼錠冷卻產(chǎn)生缺陷，提高爐子生產(chǎn)率。一般裝爐溫度約為800～1200℃。熱鋼錠的加熱規(guī)范，主要取決于它的斷面尺寸，而與它的化學(xué)成分無(wú)關(guān)。原因是：1）各種鋼料高溫時(shí)的導(dǎo)溫系數(shù)很接近，因此各鋼種的熱錠和熱鋼坯可以使用同一加熱規(guī)范；2）熱錠裝爐時(shí)的心部溫度高于表面（高出300℃左右），當(dāng)開始加熱時(shí)，表面溫度升高，而心部則繼續(xù)降低，因而斷面溫差小，相應(yīng)的溫度應(yīng)力也小。當(dāng)溫度繼續(xù)提高，斷面溫差雖然有所增大，但這時(shí)鋼錠已具有較高的塑性，溫度應(yīng)力的危險(xiǎn)性不大，故對(duì)鋼錠加熱可不限制裝爐溫度和升溫速度，可按最大加熱速度加熱至所規(guī)定的最高溫度。但是，當(dāng)鋼錠達(dá)到最高溫度后，必須進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間保溫，使其均勻。第28頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（2）鋼材或中小鋼坯的加熱規(guī)范

大部分中小模鍛件和自由鍛件多采用鋼材或中小鋼坯作為原材料。特點(diǎn)是尺寸較小，經(jīng)過了初期的壓力加工成形(鋼錠鍛造成鋼坯或軋制成鋼材等)，其強(qiáng)度和塑性得到了提高，同時(shí)消除或減小了殘余應(yīng)力，因此加熱時(shí)不易產(chǎn)生破壞。其加熱規(guī)范的特點(diǎn)如下：1）可高溫裝爐，快速加熱。2）這類原材料當(dāng)加熱到始鍛溫度后可不保溫而立即出爐鍛造。3）始鍛溫度在保證不出現(xiàn)加熱缺陷的條件下盡可能高些，這樣有利于降低變形抗力和提高金屬的塑性，有利于金屬流動(dòng)成形，另外，當(dāng)操作速度較快，溫降較小時(shí)，其終鍛溫度較高，可進(jìn)行余熱熱處理。①對(duì)于斷面尺寸在150～200mm以下的碳素結(jié)構(gòu)鋼和直徑小于100mm的合金結(jié)構(gòu)鋼，可按最大可能的加熱速度加熱，采用一段加熱規(guī)范，爐子溫度通常為1300

～

1350℃。②斷面尺寸在200～300mm，含碳量大于0.45％的碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼的鋼坯，采用三段加熱規(guī)范。第29頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三六、少無(wú)氧化加熱

少氧化或無(wú)氧化加熱是廣泛用于精密成形工藝的一種加熱方法。它不但可以減少金屬的氧化燒損（燒損量小于0.5％），提高加熱質(zhì)量，而且還可以提高鍛件的尺寸精度和表面光潔度，以及模具的使用壽命等。因此，它是現(xiàn)代化加熱技術(shù)的發(fā)展方向。實(shí)現(xiàn)少無(wú)氧化加熱的主要方法有：快速加熱、介質(zhì)保護(hù)加熱、少無(wú)氧化火焰加熱等。1.快速加熱：采用技術(shù)上允許的加熱速度來加熱金屬。2.介質(zhì)保護(hù)加熱：通過保護(hù)介質(zhì)把金屬坯料與氧化性爐氣隔開而進(jìn)行的加熱。⑴氣體介質(zhì)：惰性氣體、利用燃料不完全燃燒所產(chǎn)生的保護(hù)氣體等。⑵液體介質(zhì)：熔融玻璃、熔融鹽。⑶固體介質(zhì)：玻璃粉、琺瑯粉、石墨粉等。

第30頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§3-2鍛后冷卻鍛后冷卻的重要性不亞于鍛前加熱和鍛造變形過程，有時(shí)鋼材采用正常的加熱規(guī)范和適當(dāng)?shù)腻懺?，雖然可以保證獲得高質(zhì)量的鍛件，但如果鍛后冷卻方法選擇不當(dāng)，鍛件還有可能產(chǎn)生裂紋甚至報(bào)廢。鍛后冷卻：結(jié)束鍛造后從終鍛溫度冷卻到室溫的過程。對(duì)于一般鋼材的小鍛件鍛后可直接放在地上空冷，但對(duì)合金鋼鍛件或大鍛件，則應(yīng)考慮合金元素含量和斷面尺寸大小來確定合適的冷卻規(guī)范。否則，容易產(chǎn)生缺陷。常見缺陷：裂紋、白點(diǎn)、網(wǎng)狀碳化物。第31頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、常見缺陷產(chǎn)生的原因和防止措施1.裂紋：冷卻過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力引起的。由于鍛件冷卻后期溫度低塑性差，因此冷卻內(nèi)應(yīng)力較加熱時(shí)的內(nèi)應(yīng)力危險(xiǎn)更大。（1）溫度應(yīng)力：冷卻過程中內(nèi)外溫度不同造成冷縮不均而產(chǎn)生的（表面較心部溫度低，表面的收縮受到心部的阻礙，在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，心部壓應(yīng)力）（2）組織應(yīng)力：鍛件在冷卻過程中如有相變發(fā)生，由于鍛件表面和心部相變不同時(shí)進(jìn)行產(chǎn)生組織應(yīng)力。當(dāng)鍛件表面冷卻到馬氏體轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，表面首先進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變，而心部仍處于奧氏體狀態(tài)。由于二者的相變時(shí)間、比容不同，鍛件表面的體積膨脹受到心部的制約，表面為壓應(yīng)力，心部為拉應(yīng)力。當(dāng)溫度進(jìn)一步冷卻，心部馬氏體含量逐漸增加，體積膨脹越來越大，而表面體積不再變化，表面為拉應(yīng)力，心部為壓應(yīng)力。（3）殘余應(yīng)力：加熱后的鋼料在鍛造過程中，由于變形不均或加工硬化所引起的內(nèi)應(yīng)力，如未能及時(shí)得到再結(jié)晶軟化將其消除，便會(huì)在冷卻終了時(shí)保留下來構(gòu)成殘余應(yīng)力。

冷卻初期溫度應(yīng)力引起鍛件裂紋的可能性較大，但是冷卻初期鍛件還處于高溫，材料呈現(xiàn)塑性狀態(tài)，因此不會(huì)造成鍛件開裂。而產(chǎn)生組織應(yīng)力時(shí)，材料已在相變區(qū)，塑性明顯下降。由于在鍛件表面呈拉應(yīng)力，會(huì)出現(xiàn)表面裂紋。如高速鋼在室溫仍進(jìn)行殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，時(shí)鍛件表面拉應(yīng)力增大而出現(xiàn)裂紋。故高速鋼鍛后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行退火。第32頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.白點(diǎn)

鍛件在快速冷卻過程中，由于鋼中的氫和組織應(yīng)力共同作用而在縱向斷口上呈圓形或橢圓形的銀白色斑點(diǎn)，而在橫向上呈細(xì)小的裂紋。白點(diǎn)的存在對(duì)鋼的性能極為不利，它使鋼的力學(xué)性能降低。熱處理時(shí)易使零件產(chǎn)生淬火開裂，使用時(shí)易造成零件斷裂。原因是白點(diǎn)處為應(yīng)力集中點(diǎn)，在應(yīng)變和重復(fù)載荷作用下，常常成為疲勞源而導(dǎo)致零件疲勞斷裂。白點(diǎn)多發(fā)生在珠光體類和馬氏體類合金鋼中，碳素鋼程度較輕。白點(diǎn)是由于鋼中的氫和組織應(yīng)力共同作用的結(jié)果，冷卻速度愈快，他們的作用愈顯著，鍛件尺寸愈大，白點(diǎn)也易形成。因此鍛造白點(diǎn)敏感性鋼的大鍛件時(shí)，應(yīng)特別注意冷卻速度。

第33頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.網(wǎng)狀碳化物

過共析鋼，如軸承鋼等因終鍛溫度高并在鍛后緩慢冷卻時(shí)，特別在Ａcm－Ａ１區(qū)間緩冷，將由奧氏體中大量析出二次碳化物，這時(shí)碳原子由于具有較大的活動(dòng)能力和足夠的時(shí)間擴(kuò)散到晶界，沿原奧氏體晶界形成網(wǎng)狀碳化物。當(dāng)網(wǎng)狀碳化物較嚴(yán)重時(shí)，用一般熱處理方法不易消除，使材料的沖擊韌性降低，熱處理淬火時(shí)常引起龜裂。奧氏體不銹鋼（１Ｃr１８Ｎi９、１Ｃr１８Ｎi９Ｔi等）在８００～５５０℃范圍內(nèi)緩冷時(shí)，有大量含鉻的碳化物沿晶界析出而形成網(wǎng)狀碳化物。這類鋼中由于碳化物的析出使晶界出現(xiàn)貧鉻現(xiàn)象，導(dǎo)致了抗晶間腐蝕能力的降低。第34頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、鍛件的冷卻規(guī)范

根據(jù)材料的化學(xué)成分、組織特點(diǎn)、鍛前狀態(tài)、和鍛件尺寸等因素來確定合適的冷卻速度和冷卻方法。1.空冷：鍛件鍛后單個(gè)或成堆放在車間地面上在空氣中的冷卻。注意不要放在潮濕地或金屬板上，也不要放在有過堂風(fēng)的地方，以免局部冷卻過快引起開裂。2.坑（箱）冷：鍛件鍛后放入地坑或鐵箱中封閉的冷卻，或埋入地坑或鐵箱中的砂子、石灰或爐渣內(nèi)的冷卻。目的是減慢冷卻速度。（入砂溫度不低于500℃）3.爐冷：鍛件鍛后直接放入爐中緩慢冷卻。入爐溫度一般不低于600～650℃。入爐時(shí)的爐溫與鍛件溫度相同，出爐溫度以不高于100～150℃為宜。由于爐氣可以按冷卻規(guī)范準(zhǔn)確控制爐溫來達(dá)到所規(guī)定的冷卻速度，適用于高合金鋼、特殊鋼及各種大型鍛件的鍛后冷卻。第35頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

一般中小型碳鋼和低合金鋼鍛件，鍛后均采用冷卻速度較快的空冷，因?yàn)殇摿系幕瘜W(xué)成分越單純，允許的冷卻速度越大。相反，成分復(fù)雜或合金化程度高的合金鋼鍛件，在鍛后則采用冷卻速度緩慢的坑（箱）冷或爐冷。碳素工具鋼、合金工具鋼和軸承鋼等含碳量較高的鋼種，如果鍛后緩冷，在晶界上形成網(wǎng)狀碳化物，鍛后快速冷卻至600～700℃（空冷、鼓風(fēng)或噴霧冷）；600℃以下采用坑冷或爐冷。對(duì)無(wú)相變的鋼（奧氏體、鐵素體不銹鋼等），可采用快速冷卻尤其是鐵素體鋼應(yīng)快冷，因?yàn)樵?00～520℃范圍內(nèi)停留時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生475℃脆性。但是快冷后鍛件內(nèi)部會(huì)留有殘余應(yīng)力，故快冷后還須加熱到750～800℃進(jìn)行再結(jié)晶退火以消除內(nèi)應(yīng)力。對(duì)空冷自淬鋼（高速鋼W18Cr4V，不銹鋼Cr18，4Cr13，合金工具鋼Cr12，等），由于鍛后空冷時(shí)產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變，增大了鋼的硬度和脆性，產(chǎn)生裂紋的可能性很大。因此，這類材料鍛后應(yīng)緩冷，采用隨爐冷卻。白點(diǎn)敏感性鋼，（34CrNi1Mo～34CrNi4Mo等），為防止鍛后冷卻過程中產(chǎn)生白點(diǎn)，應(yīng)按一定的冷卻規(guī)范進(jìn)行爐冷。最有效的方法是后直接進(jìn)行擴(kuò)氫等溫退火。

第36頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§3-3鍛件熱處理

鍛件在機(jī)械加工前后，一般都要進(jìn)行熱處理。機(jī)械加工前的熱處理稱為鍛件熱處理（第一熱處理）。