锻造工艺学锻造的热规范.pptx

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1、13-1 3-1 锻前加热锻前加热一、加热的目的 提高金属的塑性塑性塑性塑性，降低其变形抗力变形抗力变形抗力变形抗力。趁热打铁才能成功？趁热打铁才能成功？加热很重要，但并非必需；加热缺陷、热胀冷缩（降低锻件尺寸精度）；冷成形工艺（冷锻、冷镦、冷挤冷成形工艺（冷锻、冷镦、冷挤）回复与再结晶回复与再结晶第1页/共58页塑性指金属在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力；塑性高，金属具有的塑性成形适应能力强，可产生的塑性变形大。对金属施加的外力称为变形力；金属抵抗变形的力称为变形抗力，它反映金属变形的难易程度。第2页/共58页影响塑性的因素应力状态对材料塑性的影响变形温度的影响应变速率的影响第

2、3页/共58页4二、加热方法二、加热方法1、火焰加热（利用燃料燃烧产生的热量）炉子结构：煤炉（偏拱反射炉，水封出渣）、油炉、煤气炉（室状炉）优点：燃料来源方便，加热炉结构简单，修造容易，成本低，加热适应性强（钢、铝铝、铜铜）缺点：加热质量差，热效率低，劳动条件差第4页/共58页5火焰火焰加热加热第5页/共58页6火焰火焰加热加热第6页/共58页72 2、电加热、电加热优点：劳动条件好，便于实现机械化自动化，升温快，加热质量容易控制缺点：适应性差，设备复杂，费用高第7页/共58页8电加热分类、各自的应用范围电加热分类、各自的应用范围高频：100K-1000K Hz 工频：50 Hz 中频：500

3、-10K Hz第8页/共58页93-2 3-2 加热时产生的缺陷及防止措施加热时产生的缺陷及防止措施表层缺陷：氧化、脱碳、裂纹内部缺陷：过热、过烧、裂纹第9页/共58页10一、氧化一、氧化 钢在加热时，表面上的合金元素与炉气中的氧化性气体（O2，CO2，H2O和SO2）发生化学反应，形成氧化皮。氧化实质上是一种扩散过程：铁以离子状态从内部向表面扩散，氧以原子状态吸附到钢坯表面，并向内部扩散。第10页/共58页11第11页/共58页121 1、氧化的危害、氧化的危害l造成金属烧损，每加热一次烧损1.5-3%l增加清理工序及清理设备l影响锻件质量及尺寸精度l降低模具寿命、降低切削刀具寿命 第12页

4、/共58页132 2、影响氧化的因素、影响氧化的因素l加热温度：温度越高氧化越重；l加热时间：加热时间越长，氧化越严重；l炉气成份：氧化性、中性、还原性气氛；l钢本身的几何形状：表面积大则氧化重；l钢的化学成份第13页/共58页14l钢的化学成份：含碳量大于0.3%氧化皮减少（C 与O 反 应生成还原性气体CO）；合金元素：Cr、Ni、Al、Mo能减缓氧化 (生成致密的氧化膜，透气性小），Ni、Cr含量为13-20%则几乎无氧化。第14页/共58页153 3、防止氧化的措施、防止氧化的措施 氧化需要时间和氧化性气氛l快速加热l保护介质加热 第15页/共58页16二、脱碳二、脱碳 加热时钢料表面

5、的 C和炉气中的氧化性气体(O2，H2O，CO2等)及某些还原性气体（如H2)发生反应，造成钢料表面含碳量的降低，其实质是高温下钢中的C与H或O反应，生成CH4或CO。H2O+Fe3C3Fe+CO+H2 CO2+Fe3C3Fe+2CO第16页/共58页171 1、脱碳的危害、脱碳的危害 使锻件表面变软，强度和耐磨性降低 第17页/共58页182 2、影响脱碳的因素、影响脱碳的因素l 加热温度：随温度升高，脱碳速度增加；l 加热时间：时间越长，脱碳层越厚；l 炉气成分：炉气中脱碳能力最强的是H2O，其次CO2和O2，最后H2，而CO的含量增加可减少脱碳。l 钢的化学成份钢的化学成份第18页/共5

6、8页19l 钢的化学成份 C、W、Al 加剧脱碳；Cr、Mn 阻止脱碳；Si、Ni、V无影响。第19页/共58页203 3、防止脱碳的措施、防止脱碳的措施 脱碳需要时间和氧化性气氛l 快速加热l 保护介质加热 第20页/共58页21三、过热三、过热 当加热温度超过始锻温度或在高温下停留时间过长，便产生奥氏体晶粒急剧长大，这种晶粒粗大的现象叫做过热。第21页/共58页221 1、过热的危害、过热的危害l 力学性能降低（尤其是冲击韧性ak）第22页/共58页232 2、挽救措施、挽救措施 l 二次锻造l 热处理 一般来说，过热组织可以通过足够大的塑性变形来消除，或通过热处理（正火、淬火、反复正火、

7、反复淬火）来消除。第23页/共58页243 3、防止过热的措施、防止过热的措施l 严格控制加热温度l 尽量缩短高温保温时间l 锻造时要有足够的塑性变形量 第24页/共58页25四、过烧四、过烧 当金属加热到接近其熔化温度时，并在此温度下停留过长的时间，不仅晶粒粗大，而且晶界发生局部熔化，氧化性气体进一步侵入晶界，使晶间物质氧化，形成易熔共晶氧化物，破坏晶粒间的结合。第25页/共58页261 1、过烧的危害、过烧的危害 晶粒之间失去联系，材料失去塑性和强度第26页/共58页272 2、防止过烧的措施、防止过烧的措施l 遵守加热规范l 控制加热温度l 特别要控制出炉温度及在高温时的停留时间 第27

8、页/共58页28五、裂纹五、裂纹 （受力导致开裂（受力导致开裂）开裂原因？开裂原因？1、温度应力 2、组织应力3、残余应力第28页/共58页291 1、温度应力、温度应力 坯料加热过程中，因温度场分布不均匀，造成坯料各处的不均匀膨胀，从而在坯料各部分之间产生了相互制约的内应力（温度应力）。第29页/共58页302 2、组织应力（相变应力）、组织应力（相变应力）具有相变的材料在加热过程中，表层先相变，心部后相变，且相变前后组织的比容发生变化，由此引起的应力叫组织应力。第30页/共58页31 加热过程中随着温度升高，表层先相变，由珠光体转变为奥氏体，比容减小，表层受拉心部受压。此时组织应力与温度应

9、力反向，使总的应力数值减小。随着温度的继续升高，心部相变，此时组织应力心部受拉表层受压。组织应力方向与温度应力相同，使总的应力数值增大，但此时钢料已接近高温，一般不会造成开裂。第31页/共58页32第32页/共58页333 3、残余应力、残余应力 钢锭在凝固和冷却过程中，由于外层和中心冷却次序不同，各部分间的相互牵制而产生。外层冷却快，中心冷却慢，因此外层为压应力，中心部分为拉应力。第33页/共58页34注 意：1）钢料加热时，特别是在500-550以下加热时，此时钢的塑性差，温度应力较大，应避免加热速度过快，以免开裂。2）对于尺寸大的钢锭和导热性差的高合金钢，低温阶段必须缓慢加热。第34页/

10、共58页353-3 3-3 金属的加热规范金属的加热规范第35页/共58页36几个概念：1）装炉温度 2）加热速度 3）均热保温 4）加热时间 5）始锻温度、终锻温度、锻造温度范围第36页/共58页373-4 3-4 锻造温度范围的确定锻造温度范围的确定基本原则：合理的锻造温度范围，应保证金属具有良好的塑性和较低的变形抗力。并在此条件下尽量扩大锻造温度范围，以减少加热火次。具体锻造温度范围应根据铁碳相图来确定第37页/共58页38温度，T碳钢铸铁共晶点共晶点0.15铁素体珠光体珠光体第38页/共58页39一、始锻温度 保证无过烧；低于固相线150-250；考虑材料种类（钢锭、钢材）考虑打击速度

11、（高速成形的热效应）。大型锻件最后一火的始锻温度，要考虑锻后冷却过程中的晶粒长大。第39页/共58页40二、终锻温度过高：锻件晶粒粗大，可能产生魏氏组织。过低：加工硬化严重，易开裂。再结晶不充分 甚至不能再结晶，导致晶粒粗大。原则：保证良好的塑性；保证锻后获得较好的组织性能。第40页/共58页41魏氏组织及其产生原因：亚共析钢从奥氏体相区缓慢冷却时，铁素体沿奥氏体晶界析出，呈片状（或针状），并向奥氏体晶粒内部生长。这些分布在原奥氏体内部的片状共析铁素体组织称为魏氏组织。第41页/共58页42魏氏组织的危害：影响钢的力学性能，特别是降低钢的冲击韧性，因此要尽量避免产生魏氏组织。第42页/共58页

12、43第43页/共58页44终锻温度：低碳钢：奥氏体、铁素体双相区中碳钢：奥氏体单相区高碳钢：奥氏体、渗碳体双相区注意：高碳钢终端温度为何选在奥氏体、渗碳 体双相区？第44页/共58页453-5 3-5 锻后冷却锻后冷却一、冷却方法 空冷 坑冷（箱冷）炉冷各种冷却方法的根本区别在于冷却速度冷却速度的不同第45页/共58页46二、锻后冷却过程中的常见缺陷二、锻后冷却过程中的常见缺陷1、裂纹温度应力：初期，后期；软钢，硬钢组织应力：马氏体转变比容增大残余应力：第46页/共58页47第47页/共58页48第48页/共58页493 3、残余应力、残余应力 锻造过程中变形不均匀或加工硬化引起的内应力。第4

13、9页/共58页502 2、白点、白点形态：纵向断口呈圆形或椭圆形白色斑点，横 向呈细小的裂纹危害：降低力学性能，热处理时易引起淬火开 裂，使用时易造成零件断裂形成原因：氢和组织应力共同作用的结果，冷 却速度越快，它们的作用越显著，且锻 件尺寸越大，白点越易形成第50页/共58页51第51页/共58页523 3、网状碳化物、网状碳化物 含碳高的钢种（如：过共析钢、轴承钢等）终锻温度高且锻后缓冷，由奥氏体中大量析出二次碳化物，这时碳原子具有较大的活性和足够的时间扩散到晶界，于是沿奥氏体晶界形成网状碳化物。第52页/共58页53三、锻件冷却规范三、锻件冷却规范 锻件合金化程度越高，冷却速度应该越慢

14、（成份越简单，冷却速度可以越快）含碳高的钢种（如过共析钢、轴承钢等）要求先快冷（空冷、鼓风、喷雾，避免碳 化物沿晶界析出），冷却至相变温度以下 （700）则要求缓冷第53页/共58页54 高速钢等空冷自淬钢（如W18Cr4V、4Cr13、3Cr2W8V）要求缓冷 相对钢材锻造而言，相同材料的钢锭（铸 锭）锻造冷却速度应该较慢 相对小锻件而言，大锻件应该采用较慢的 冷却速度（原因在于锻件大则表层与心部 温差大，温度应力大）第54页/共58页复习思考题锻前加热的目的和方法，锻造温度范围的确定加热金属常见的缺陷、危害及其防止措施锻后冷却过程中的常见缺陷、危害及其防止措施第55页/共58页56上一章当前：第三章下一章第56页/共58页感恩您的聆听！第57页/共58页感谢您的观看！第58页/共58页