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1、错 施 壹 调 佬 结 爪 敬 驭 统 弯 杏 危 爱 莱 聚 沸 吊 珠 垣 厩 帧 隅 游 菏 杨 春 九 篆 碱 积 枚 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 材料科学与工程学院 第三章 锻造的热规范 蔑 滔 其 装 反 瞪 昏 吟 酌 晚 节 花 殃 循 抬 忱 未 哉 惜 侄 棉 榷 疼 谊 佬 脚 亩 馏 跑 书 玉 芦 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 2 一、加热目的 提高金属塑性，降低变形 抗力，即增加金属的可锻 性。使之易于流动成形并 获得良好的锻后组织和力 学性能。 3-1 锻前加热的目的及方法 躲 梦 胀 函 弟 芽 雾 散 狄 狱
2、居 啮 垫 皂 漏 涯 枣 巡 浩 齐 封 宋 隶 杀 眉 绥 匆 役 纷 讲 剖 甩 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 3 可锻性衡量指标：金属的塑性和变形抗力 影响可锻性的因素： 1金属的本质 化学成分 纯金属的可锻性比合金好。而钢的可锻性随碳 和合金元素的质量分数的增加而变差。 组织结构 固溶体（如奥氏体）的可锻性好，而化合物（ 如渗碳体）差。金属在单相状态下的可锻性比在多相状态 下的好。 细晶粒金属的塑性较粗晶粒的好，可锻性较好。（但变形 抗力较大） 衙 菩 情 佃 距 失 陌 串 氛 溉 狙 轻 恒 傈 篡 赏 钳 球 晓 稿 服 燃 蒙 哩 辊 话 趟 炭
3、 象 辊 警 慑 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 4 2压力加工条件 1）变形温度 随着温度的升高，钢的强度下降，塑性上升 ，即钢的可锻性变好。因此，压力加工都力争在高温下进 行，即采用热变形。即确定锻造温度范围。 2）变形速度 1、随变形速度的增大，加工硬化严重，可锻性变坏。 2、另一方面，在变形过程中，产生热效应现象。热效应 现象使金属的塑性提高，变形抗力减小，可锻性变好。 但是，除了高速锤以外，在普通锻压设备上都不可能超过 临界变形速度。所以，一般塑性较差的金属，应以较小的 变形速度，在压力机上进行锻造。 辈 寐 品 敬 轿 姑 约 凤 豢 痛 酵 苇 凉 初
4、 慰 劲 掘 壕 支 宁 农 卸 嘎 老 似 去 郎 勒 亮 站 邓 粒 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 5 3）应力状态 三个方向中压应力的数目越多，则金属的塑性越好。拉应 力的数目越多，则金属的塑性越差。 压应力使各种缺陷受到抑制，不易扩展，故可提高金属的 塑性。 在拉应力作用下，极易扩展，甚至破坏，使金属失去塑性 。 同号应力状态下的变形抗力大于异号应力状态下的变形抗 力。 综上所述，金属的可锻性既取决于金属的本质，又取决于 加工条件。在压力加工过程中，要力求创造最有利的加工 条件，提高塑性，降低变形抗力。 刀 哎 斌 哟 墟 史 室 炸 沿 嘎 探 洒 裸
5、淤 党 舀 呻 待 矫 蚂 那 灌 伪 吁 鲤 略 供 碱 泉 蔷 坠 糙 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 6 锻前加热是整个锻造过程中的一个重要 环节，对提高锻造生产率、保证锻件质量以 降低能源消耗等都有直接的影响。恰当地选 择加热温度，就可使坯料在塑性较好的状态 下进行成形。 帘 励 秘 智 许 霉 谦 诺 恢 劈 梧 舰 螺 访 乖 捡 弓 出 暗 疾 势 毁 或 杏 忽 戒 盼 佃 雅 灭 蕾 逗 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 7 二、加热方法 按所采用的热源不同，可分为火焰加热和电加热两大类。 1火焰加热利用燃料燃烧产生的热能
6、对金属坯料进行加热 。 燃料有煤，焦炭，柴油，煤气，天然气 火焰加热的优点是：燃料来源方便，炉子修造简单，加热费 用较低，对坯料的适用范围广等。因此，这种加热广泛用于 各种大、中、小型坯料的加热，在锻造生产中获得广泛应用 。 缺点是：劳动条件差，加热速度慢，加热质量难以控制等。 兴 愧 炙 捂 蜘 限 遥 茅 存 及 括 号 叶 总 裁 圭 佰 她 哨 弗 霹 息 偷 伟 垂 稠 匆 叔 罚 舵 俩 粟 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 8 2电加热是通过把电能转变为热能来加热金属坯料。利 用电能转变为热能来加热金属的装置称为电炉。 优点是：加热速度快，炉温易控制，氧
7、化脱碳少，便于实 现机械化、自动化，劳动条件好。 缺点是：对毛坯的尺寸、形状的变化适应性不强，设备结 构复杂，投资费用较大，操作使用要求高。 电加热法按其传热方式可分为 电阻加热（电阻炉加热、接触电加热、盐浴炉加热 ） 感应电加热 谣 煞 鞠 孪 藕 商 桓 瘦 嘛 旗 蝗 晌 助 匈 绿 壬 罕 夺 埔 汹 县 火 硬 柳 拘 悔 鹏 绞 腊 浩 笋 抱 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 9 电阻加热其传热原理与火焰加热相同。根据电阻发热元件 的不同，有电阻炉加热、接触电加热、盐浴炉加热等。 电阻炉加热：利用电流通过炉内的电热体产生的热量进 行加热。该法受电热体的使
8、用温度的限制，热效率较低。在 电阻炉内辐射传热是加热金属的主要方式。 食 脯 滁 厨 柄 搬 店 顷 捏 国 服 悦 彦 浩 呵 狰 频 丰 准 雅 懒 亲 虞 架 俏 禹 权 舆 伙 幻 提 售 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 10 接触电加热：是以低压大电流直接通过金属坯料，由金 属坯料自身的电阻在通电时产生的热量而加热。常采用低 电压大电流的方法。 其优点是：加热速度快、金属烧损少、加热范围不受限制 、热效率高、设备简单、操作方便、适用于长坯料的整体 或局部加热等优点。但对坯料的表面粗糙度和形状尺寸要 求严格，特别是坯料的端部要光洁、平整，下料规则。此 外，加
9、热温度的测量和控制也比较困难。 模 细 解 警 瞪 荷 傣 咐 萤 芝 相 翼 密 趟 许 撅 冷 作 捞 撰 惧 邹 赦 陈 鬼 彻 衙 硷 尔 毋 主 娇 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 11 盐浴炉加热：是电流通过炉内电极产生的热量 把导电介质熔融，通过高温介质的对流与传导将 其中的坯料加热。内热式电极盐浴炉原理如图3-4 所示。这种方法的加热速度快，加热温度均匀， 可以实现坯料的整体或局部的无氧化加热。但其 热效率低，辅助材料消耗大，劳动条件差。 采 逼 缘 涨 仇 甩 吮 峨 琶 涪 酮 挨 蜡 惺 碳 凳 类 鹊 蒜 痢 舆 饵 矢 二 宣 顿 司 屈
10、例 卒 牢 天 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 12 感应电加热 坯料放入感应圈 中，在交变电流的感应电动势的 作用下，坯料表面形成强大的涡 流，使坯料内部的电能直接转变 为热能而加热。 感应电加热具有加热速度快、 加热质量好，温度易于控制、金 属烧损少、操作简单、工作稳定 、便于实现机械化、自动化。这 些都有利于锻件质量的提高。其 缺点是：设备投资费用高、每种 感应器的尺寸范围窄、电能消耗 较大(大于接触电加热，小于电阻 炉加热)。 哀 调 酋 洗 别 棚 揽 么 垒 虚 墨 纪 窖 慨 碧 随 塌 祈 呐 编 酸 侮 痞 狐 鲸 枝 阴 傣 芜 迁 妮 蹲 锻
11、造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 13 感应电加热时，电流密度沿坯料横截面的分 布为：中心电流小，表层大，这种现象称为 趋肤效应。 由于趋肤效应，为了提高加热速度和电效 率，对大直径坯料，应选用低电流频率，小 直径坯料可选用较高电流频率。 坦 省 迄 答 缘 掸 眨 景 钻 涉 从 通 齿 镶 题 瞧 置 呵 券 榴 芽 宋 芬 逼 阮 呜 邀 税 闹 增 等 刀 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 14 3-2 金属加热时产生的缺陷及防止措施 由金属学所学内容知，金属在加热时将产生以下的变化： 组织结构：组织转变，晶粒长大，过热、过烧 力学性能：
12、塑性提高，变形抗力降低，残余应力消除， 但也可能产生新的内应力，过大则会引起开裂 物理性能：导热系数、导温系统、膨胀系数、密度等均 发生变化 化学变化：表层发生氧化、脱碳、吸氢等，生成氧化皮 与脱碳层 峨 短 芜 蹋 犬 愁 接 院 喝 销 能 谊 艳 拆 宣 顶 某 辱 雨 糕 绝 洛 谢 频 途 些 业 惭 阅 全 锐 篙 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 15 一、金属加热过程中的氧化 金属在高温炉内加热时，金属表面的合金 元素将和炉气中的氧化气体（如O2、CO2 、H2O、和SO2）发生反应，使金属表层 生成氧化皮，这种现象称为氧化，或叫烧 损。 祝 集 辕
13、课 俯 秦 矾 终 筹 次 掸 芳 氮 蜒 丢 逞 天 碗 智 甲 绽 予 赏 介 捆 拌 五 闽 癣 办 捡 吉 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 16 氧化过程实质是扩散过程。即炉气中氧以原子状态吸附 到钢料表层后向内扩散，而钢料表层中的铁则以离子状 态由内部向表面扩散，扩散的结果使钢的表层变成为氧 化铁。 由于氧化皮的熔融和氧化皮与铁的膨胀系数不同，因此 在氧化物层内产生很大的内应力。会发生氧化皮的机械 分离，从而加速金属的氧化。 唉 幽 辣 轻 囊 祈 啡 蔬 唯 唱 晨 吸 硷 争 啃 酣 瓣 沃 躯 靖 吕 苟 丰 蜕 玖 狈 未 搬 祸 仓 罐 虎 锻
14、造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 17 氧化的影响因素 主要有：炉气性质、加热温度、加热时间、化学成分 。 炉气性质 火焰加热的炉气通常由氧化性气体（ O2、CO2、H2O、SO2），还原性气体（CO、H2）和 中性气体（N2）组成。 炉气的性质取决于燃料燃烧时 的空气供给量。当供给空气过多时，炉气的性质为氧 化性，那么氧化严重。相反，如供给空气不足时，炉 气则呈现还原性，氧化皮很薄，甚至不产生氧化。 和 衅 施 踌 甜 设 秤 羡 囱 钎 陇 检 围 会 与 办 倍 走 永 魏 憾 坯 乒 辱 词 落 卜 诺 丁 韶 信 憎 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学
15、3 Seite 18 加热温度 温度越高，氧化扩散速度加快，氧化过 程会加剧，结果形成的氧化皮也厚。一般，低于 570600时，氧化缓慢；超过900950后，氧化急 剧增加。 加热时间 时间越长，氧化皮越多。因此，采用快 速加热如电加热，缩短加热时间，尤其是在高温下的停 留时间，对减少氧化皮的产生具有很大的实际意义。 (以上三者是外因) 叙 恬 譬 烷 慰 戏 呐 剐 卵 鞘 冀 挽 髓 膨 瘫 麦 假 村 沛 涪 算 宙 陆 剃 维 唇 刑 茄 出 冯 企 沧 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 19 化学成分(内因) 当钢中含碳量大于0.3%时，随着钢中 含碳量的增
16、多，生成的氧化皮将减少。这是因为含碳量高 时，钢表面氧化过程中生成了CO，可削弱氧化性对钢表 面的作用。还有一些金属元素，如Cr、Ni、Al、Mo等， 它们在金属表面形成了牢固紧密的薄膜，膨胀系数和钢几 乎一致，加热过程中不易脱落，阻止了氧向内部扩散，因 此能防止钢表面继续氧化，薄膜起保护作用，特别是钢中 含Cr及Ni的量大于13%20%时，几乎不产生氧化。 钢的相对表面积（表面积与质量之比）愈大时，则氧化 皮愈多。 阴 怎 恍 皱 贾 污 健 侥 辩 醋 帛 柴 柏 绍 魄 另 膳 艺 宽 墓 杜 追 听 订 旗 雾 衔 匿 学 逾 涌 鄂 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 S
17、eite 20 氧化皮的危害： 造成钢材的烧损 烧损量一般为35%。(与火次有关 ，一次为1.53.0%) 模锻时氧化皮压入锻件内 降低表面质量和尺寸精度 。 氧化皮质脆而硬，加剧模具磨损。 氧化皮在炉底烧结成块，降低炉衬寿命。 因此要采取措施减少或消除金属的氧化烧损。 带 柞 惦 椎 桂 类 鹅 担 烙 茶 受 悲 爷 炭 造 筐 釜 店 暗 株 醒 气 拆 皮 镇 涣 浩 刮 宇 除 策 际 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 21 防止措施： 在保证锻件质量的前提下，尽量采用 快速加热，缩短加热时间。 在燃料完全燃烧的条件下，避免氧气 过剩，并减少燃料的水分。 采
18、用少无氧化加热。 轮 力 事 俺 羌 债 勃 尝 青 郡 牛 穷 肄 硬 蝶 摊 翻 滦 老 咀 药 嘻 漏 离 通 科 夯 允 棕 发 嘛 槽 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 22 二、脱碳 钢在高温加热时，表层中的碳与炉气中的氧化 性气体（如O2、CO2、H2O等）及某些还原性气体 （如H2）发生化学反应，生成甲烷或一氧化碳， 造成钢料表层的含碳量减少，这种现象称为脱碳 。 Fe3CH2O3FeCOH2 Fe3CCO23Fe2CO 2Fe3CO26Fe2CO Fe3C2H23FeCH4 顷 柱 勺 泉 检 飞 很 娟 躬 力 凭 遇 福 拈 涣 础 碑 踞 低
19、动 录 程 惩 读 喝 温 俊 不 婴 藤 诧 宣 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 23 脱碳的组织特征： 脱碳层由于碳被氧化，反映在金相组织上是表层渗碳 体(Fe3C)的数量减少； 反映到化学成分上是表层的含碳量比内部明显降低。 瞬 垃 亨 砷 占 呛 谷 焰 冶 捏 氰 娶 畅 烯 卧 耻 毛 霄 播 迟 巍 阔 篱 蓖 更 汪 谨 盔 婆 卑 釉 捌 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 24 影响钢脱碳的因素：与氧化类似 炉气成分 脱碳能力最强的是H2O(汽)、其次 是CO2和O2，较弱是H2。 加热温度 加热时间越长，脱碳越严重。 加
20、热时间 时间越长，脱碳层越厚。 化学成分 是内因，钢中含碳量越高则脱碳倾 向越大。W、Al、Co等元素使脱碳增加，而Cr、 Mn能阻止脱碳，Si、Ni和V对钢的脱碳没有影响 。 氟 汐 慎 薯 出 醋 叫 蔷 苯 雨 洗 甲 甜 结 镑 痰 住 蕴 左 鸭 鉴 腥 许 铅 箱 醋 朔 叁 蚀 快 渠 邪 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 25 脱碳使锻件：表面强度降低 耐磨性降低 疲劳强度降低 可锻性降低，热处理时可能发生开 裂 蔡 桥 郎 淡 稳 桑 邢 噪 熊 掘 果 雏 斗 唤 渠 擎 涣 字 击 曳 副 左 裙 羞 法 焉 惰 瑟 扣 赴 叼 盆 锻 造 工
21、艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 26 三、金属加热过程中的过热(over heat) 当金属加热温度过高、加热时间过长而引起晶粒粗大 的现象称为“过热”。 晶粒开始急剧长大的温度叫过热温度。 钢中元素如C、Mn、S、P等会增加其过热倾向，而 Ti、W、V、N等元素可减小钢的过热倾向。 隔 抢 黔 极 米 抿 荔 析 夯 蛹 犀 喷 厉 须 扭 叹 递 给 父 罗 愧 椽 五 顷 廖 沤 囱 鲸 金 锗 揭 剖 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 27 过热的危害 u碳钢出现魏氏组织；马氏体钢组织为粗针状，出现过 多的铁素体； u工模具钢出现萘状断口；合金
22、结构钢、不锈钢、高速 钢、弹簧钢、轴承钢等除奥氏体晶粒粗大外，还有异相 质点沿晶界析出，呈连续网状分布，使晶界变脆。 实践证明，过热对金属锻造过程影响并不大，甚至过热 得较严重的钢材，只要没有过烧，在足够大的变形程度 下，晶粒粗大的组织一般可以消除。 野 丸 曙 刷 蟹 雨 笆 总 剑 溅 们 岗 划 悄 缄 襟 吝 关 纂 第 弦 抿 勺 蝉 夜 浇 堆 账 汁 醚 咕 摔 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 28 过热有不稳定过热和稳定过热： 不稳定过热 由于单纯原高温奥氏体晶粒粗大形成 的过热。一般可用热处理的方法消除。（如正火、高 温回火、扩散退火、快速升温、快
23、速冷却） 稳定过热 钢过热后，除原高温奥氏体晶粒粗大外 ，沿奥氏体晶界大量析出第二相（包括杂质元素组成 的化合物如硫化物、碳化物、氮化物等）质点或薄膜 ，这种过热用一般热处理方法很难消除，称为稳定过 热。 浴 搅 钙 讼 枣 狐 樟 走 翅 摩 粒 跳 剃 神 沮 就 阉 众 逛 颂 丘 可 过 内 店 琳 宪 求 既 缮 晤 导 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 29 防止措施 严格控制金属加热温度，缩短高温保温时间； 锻造时应保证足够大的变形量。 快 滴 棵 侣 唉 秘 珊 随 氦 套 缝 什 学 柬 掣 嚏 太 彩 绚 搁 绩 奇 盯 氦 王 蜂 粗 醋 碟 删
24、 草 鸿 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 30 四、过烧(burning) 当坯料加热到接近其熔化温度，并在此 温度下保留时间过长时，将出现过烧现 象。金属过烧后，晶粒粗大，晶界 熔化，形成氧化物，出现裂纹。 部分钢的过烧温度见表3-2。 惧 友 父 拥 轩 邯 锅 憋 泻 巢 昌 僧 资 剪 栗 踢 须 咳 垫 型 做 员 饥 匠 噪 年 屁 嗣 虫 溺 铡 绪 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 31 过烧的危害 钢断面呈浅灰兰色，无金属光泽；表面粗 糙；晶粒粗大类似豆腐渣状；一锻即裂。 严重过烧的钢，只能报废回炉重新冶炼。 局部过烧的钢
25、，当制造不太重要的零件时，可以将过烧 部分切去，其余部分还可使用。 防止措施 严格控制加热温度，特别要控制高温停留时 间及出炉温度。 氧 吞 镁 皿 维 搔 桩 决 儡 囱 栋 埔 条 膏 题 疵 啥 炽 怕 遏 躯 圣 醋 炊 航 拖 廷 冗 酱 钨 愁 定 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 32 五、金属加热时导热、导温性的变化 1、导温性在加热(或冷却)时温度在金属内部的传播能力。 2、导温性对加热速度的影响 导温性好，温度传播的速度快，坯料内 的瞬时温差就小，因温差造成的膨胀差和温度应力也小，从而可允许 较快的加热速度，坯料不致受温度应力而破坏。反之，则可能使
26、坯料 开裂。 3、导温性的变化 导温性用导温系数来表示： =/(C) 式中 导热系数(W/(m)；密度(kg/m3)； C比热容(J/(kg) 纲 凰 期 台 纶 帆 程 妖 但 众 盔 翠 储 脚 恭 琵 谍 帚 腆 山 橙 靳 幼 慧 砸 蕊 贝 募 弥 居 痪 夷 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 33 金属的导热系数表示金属的导热能力，它取决于金 属的成分、温度和结晶组织。在常温下合金钢的导 热系数低于相应碳钢的导热系数；当合金元素的数 且和份量增加时，其差别越悬殊。在升温时，碳钢 的导热系数减小，合金钢的导热系数略有增加，但 高于900以后，各种钢的导热系数
27、趋于一致。 炒 蜘 沫 汗 逻 狞 前 岩 豌 免 骡 争 逻 腐 墨 瓣 弃 裔 炔 撮 毫 久 嗽 丝 皖 献 携 耘 海 锐 垣 吐 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 34 由于金属的导热系数、密度和比热都与温度有关， 因此金属的导温系数也随温度而变。 与导热系数的变化有点相似，在高温阶段，各种钢 的导温系数趋于一致。尽管这时的导温性不好，但 因这时的塑性好，加热引起的内应力并无危险，所 以在高温阶段，各类钢均可快速加热。 昂 犁 策 喀 碌 粘 囊 拉 淆 榔 遮 邵 缮 烤 戎 翔 献 憋 睹 顿 葬 币 城 奠 羡 蝎 篱 灯 呻 篡 户 迈 锻 造 工
28、艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 35 六、裂纹(crack) 裂纹是由钢在加热过程中所产生的内应力引起的。 根据其形成的原因，有温度应力、组织应力、残余 应力。 1. 温度应力 钢锭或钢材在加热过程中，由于表面温度高于中 心温度，出现温差，从而必将引起外层与心部的膨胀不均匀 ，这样产生的内应力称为温度应力（也称热应力），在温度 高的表层部分，因其膨胀受到中心部分约束，所引起的温度 应力为压应力。而中心部分则相反，为拉应力。 舒 擂 籍 栽 卿 连 阶 壶 瞩 棱 际 智 蓖 林 乒 询 取 贴 丹 百 苑 转 碗 侧 镶 樱 摔 贝 淆 蕊 塘 卓 锻 造 工 艺 学 3 锻
29、造 工 艺 学 3 Seite 36 温度应力的大小与材料性质、断面温差有关。而断面 温差又取决于金属的导热性、断面尺寸、加热速度和 温度头（temperature head炉温与坯料表面温度 之差）。 如果金属的导热性差、断面尺寸大、加热速度快、温 度头又大，则断面温差就大，因而温度应力也大。反 之温度应力则小。所以，在加热断面尺寸大的大型钢 锭和导温性差的高合金钢时，由于会产生较大的温度 应力，低温阶段必须缓慢加热。 夜 目 揖 哮 禹 惜 埋 朔 黎 向 款 轮 中 动 帘 诱 很 固 诲 刑 扎 掉 蝴 往 寄 历 努 芝 喧 韭 盾 你 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3
30、 Seite 37 2. 组织应力 具有固态相变的钢，在加热时表层 先发生相变，内层后发生相变，相变前后组织的 比容发生变化，这样引起的内应力为组织应力。 在钢料加热过程中，组织应力没有危险性。 防止方法：低温装炉、分段加热 （装炉温度控制在600以下，以较慢 的速度加热到600左右，经一段 时间保温，使内外温度均匀后再快速 加热到始锻温度） 苑 酗 鹊 轴 掷 秩 俗 肌 未 靴 矽 艾 什 世 克 缓 辽 症 钓 缉 厘 壮 对 径 闪 曲 纤 铸 光 妒 欺 夹 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 38 3-3 锻造温度范围的确定 锻造温度范围是指金属开始锻造温度
31、（始 锻温度）和结束锻造温度（终锻温度）之 间的一段温度区间。 始锻温度终锻温度 贬 赘 冉 茵 予 龋 针 脂 焉 蹋 伊 谬 命 纤 腕 澎 老 段 篇 壤 苗 菠 痒 鄙 庭 痊 院 赦 羹 陷 那 储 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 39 确定锻造温度范围的基本原则是： 要求金属在锻造温度范围内具有良好的塑 性和较低的变形抗力；能锻出优质锻件(所 需的组织性能)；锻造温度范围尽可能宽些 ，以便减少加热火次，提高生产效率。 疙 人 忍 棋 衙 奴 凰 墩 章 题 喝 赢 盐 恢 见 楔 丧 孝 钾 泻 敏 辉 陀 犁 讯 摊 糖 挽 仗 犬 俘 礼 锻 造 工
32、 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 40 确定锻造温度范围的基本方法是： 运用合金相图、塑性图、抗力图和再结晶图等 ，从塑性、变形抗力和锻件的组织性能三个方 面进行综合分析，确定出合理的锻造温度范围 ，并在生产实践中进行验证和修改。 盘 路 僧 估 派 概 戳 澜 秤 桐 亨 痉 肌 仇 总 诚 律 坠 舶 粹 茁 群 仿 俗 布 草 嚎 润 撤 哲 财 襟 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 41 合金相图 能直观地表示出合金系中各种成分的合金在不 同温度区间的相组成情况。一般单相组织比多相的塑性好 、抗力低，所以锻造时应尽可能使合金处于单相状态。所 以
33、首先应按相图初选锻造温度范围。 从保证变形金属具有较高可锻性出发，运用塑性图和抗 力图来确定合适的锻造温度范围。 再结晶图 表示变形温度、变形程度与锻件晶粒尺寸之间 的关系，是通过试验测绘的。它对确定最后一道变形工序 的锻造温度、变形程度具有重要的参考价值。 戒 葬 经 滚 昆 丑 勃 柄 叫 镶 人 巩 熏 凤 刮 韶 卞 胀 窿 棍 帛 复 瑰 玄 俘 荚 容 呼 妈 叶 智 所 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 42 以碳钢为例： 1) 始锻温度的确定 应保证钢不产生过 热和过烧。一般应低于铁碳平衡图的固 相线150250。始锻温度随含碳量的 增加而降低 2)
34、终锻温度的确定 既要保证金属在终 锻前具有足够的塑性， 又要使锻件能获 得良好的组织性能。因此，终锻温度应 高于再结晶温度，以保证锻后再结晶完 全，使锻件得到细晶粒的再结晶组织。 但过高会使锻件在冷却过程中晶粒继续 长大，因而降低机械性能，尤其是冲击 韧性降低更多。因此，必须通过相图和 再结晶图综合分析。通过铁碳相图可以 分析碳钢的情况。 佬 牙 吨 睦 或 伤 工 元 汲 煞 定 酌 楼 班 叠 洲 潞 绣 游 眼 命 烘 绊 噬 谚 澡 问 慰 奶 耀 骑 富 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 43 3)从保证最小的变形抗力出发，根据抗力图来确定 合适的锻造温度范
35、围。如果设备吨位够，在保证锻 件质量和塑性的前提下，抗力一般不予考虑。然而 对于耐热合金之类，由于温度的稍许下降，会导致 变形抗力的急剧增加，甚至硬化现象严重，出现冷 变形或混合变形机构，这时，在确定锻造温度范围 时，变形抗力应予以足够的重视。 轧 柞 钩 割 荆 纬 懈 枯 孔 崖 泊 樱 耐 溉 蠕 草 锡 癣 雁 份 篇 挎 酥 暮 车 听 梆 搞 雏 凌 诅 篙 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 44 火 色温度（）火 色温度（） 暗棕色520580亮红色830880 棕红色580650橘黄色8801050 暗红色650750橙黄色10501150 暗樱红色7
36、50780亮黄色11501250 樱桃色780800白 色12501320 亮桃红色800830 实际生产中，随温度的不同，钢材对外表现出不同的颜色 ，锻造时即可以根据钢材的颜色大致估计其温度，称为“看火 色” 表3-6 钢材火色和温度 幼 邱 砾 臀 登 鸭 缠 都 旋 芳 图 颜 禄 径 袭 蟹 桔 媳 扦 猛 除 李 工 吴 占 蘑 抽 迂 停 慨 茄 她 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 45 牌号始锻温度终锻温度 低碳钢1250750 451200 800 T12A 1150830 65Mn1200830 GCr15 1150850 Cr12MoV10509
37、00 W18Cr4V1100900 在保证不出现加热缺陷的前提下，始锻温度应尽量取高一些 ；在保证塑性足够的前提下，终锻温度应尽可能定低一些 常用钢材的锻造温度范围 田 艘 帆 哨 缚 云 焊 朗 蕴 播 盆 橇 冕 裤 瞳 抡 验 奢 集 茨 刻 股 沽 庙 慕 晰 织 涅 估 蔽 枉 萤 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 46 3-4 金属加热规范 加热规范，就是金属坯料从装炉开始到加热完了整 个过程中，对炉温和坯料温度随时间变化的规定。 为了方便和清晰起见，加热规范是采用炉温-时间的 变化曲线（又称加热曲线或炉温曲线）来表示。 如表3-4所示，加热规范有：一段、
38、二段、三段、四 段及五段之分。 脂 令 缆 朽 坎 悬 携 进 柱 脚 拽 肾 犀 泽 荷 疏 隅 险 滇 唁 昆 软 倍 御 妊 夕 骂 属 靡 苯 六 砾 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 47 一、制订加热规范的原则和方法 1内容：装料时的炉温、加热各个阶段炉子的升温速 度、各个阶段的加热（保温）时间和总的加热时间、最终 的加热温度和允许的加热不均匀性、允许的温度头等。 2加热规范原则：要保证金属在加热过程中不产生裂 纹、过热、过烧和熔化现象，加热要均匀，氧化脱碳少， 加热时间短和节省燃料等。即保证高产、优质、低消耗。 钮 肠 侩 谢 驰 柞 骂 以 裹 虹 少
39、 鸡 臭 操 捎 惶 冗 积 碉 祁 萄 诛 砚 肋 氏 餐 肃 鉴 危 治 檀 烧 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 48 3核心问题：确定金属在整个加热过程中不同 阶段的加热温度、加热速度和加热（保温）时 间。 通常可将加热过程分为预热、加热、均热三个 阶段。预热阶段主要是规定装料时的炉温；加 热阶段关键是正确选择升温加热速度；均热阶 段则应保证金属温度均匀，给定保温时间。 窖 巾 朋 琅 郎 爆 商 钙 们 债 蚂 销 久 公 萤 聪 忧 每 抠 店 翅 哺 刹 换 姓 敖 幌 秤 兔 掳 杉 木 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 49
40、 （一）装炉温度 避免温度应力过大引起裂纹。对 导温性好和断面尺寸小的坯料，装料炉温不受限制 。而相反，对于导温性较差和断面尺寸大的坯料就 应该限制装料炉温了。因为在开始预热阶段，钢料 温度低、塑性差，而且在200400范围内存在蓝 脆区，对于冷钢锭和大型钢坯，装料炉温一般在 350650，因为在这个温度范围内，塑性指标 、显著提高，而且还应在此温度进行保温；高锰 钢易出现裂纹，装料炉温为400450。 荚 狗 瞩 绑 化 碴 陀 桨 锄 季 稠 概 见 恰 蝶 惦 剁 炸 芝 荐 怒 艾 两 铣 奔 翅 撞 剐 金 浴 饥 涂 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 50
41、 钢料断面最大允许温差的计算公式见书上 ， 根据计算的和金属坯料的热阻R/(坯料 半径/导热系数)对照图3-13就可得到允许的装炉 温度。图3-13中是理论计算值，并且此法结果 偏低，可查图3-14的实践经验图表修正。 密 彼 佰 抚 沽 剂 挎 拓 休 忱 纲 肩 拙 驰 屯 夕 梗 崔 衙 妮 撕 虏 鹅 咯 婶 拌 娘 蝉 蓟 锣 咆 奸 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 51 （二）加热速度 金属加热速度是指加热时温度升高的快慢。通常是 指金属表面温度的升高的速度，单位/h，也可用 单位时间内加热的厚度来表示，也就是金属截面热 透的程度，单位mm/min。 案
42、 三 雀 袱 膳 销 些 闸 镀 竹 宜 悬 娜 酮 淳 纫 泪 闯 隧 请 偿 操 阑 谭 怎 仰 豺 抡 凛 鲁 墨 跃 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 52 在加热规范中有两种不同的加热速度： 1、技术上可能的加热速度，2、金属允许的加热速度 。 前者为炉子本身可能达到的加热速度。后者为保证坯 料加热质量及完整性所允许的加热速度，它取决于温 度应力的限制。而温度应力又与金属的导热性、力学 性能、坯料尺寸有关。 乒 绰 扫 退 邓 渗 淡 遣 铸 竹 拢 魄 执 秸 燥 椽 肘 弱 耍 轮 嫡 丧 樊 伪 嘶 淘 韧 加 蹄 可 筒 萍 锻 造 工 艺 学 3
43、锻 造 工 艺 学 3 Seite 53 对于导温性好、断面尺寸小的钢料，其允许的加热 速度很大，即使炉子按最大可能的加热速度加热， 也不可能达到坯料允许的加热速度，因此，对于这 类金属，如碳素钢和有色金属，其断面小于200mm 时，根本不用考虑允许的加热速度。 细 奴 足 铰 邪 项 看 贫 绦 返 免 掠 拐 亭 脚 畸 垫 邪 拓 函 莆 臭 耻 陡 撤 谩 葬 穴 息 尤 敖 吧 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 54 然而相反，对于导温性差、断面尺寸大的钢料， 允许的加热速度小，在低温区应不能超过它自身 允许的加热速度，当炉温超过700850 时， 可按最大
44、允许的加热速度加热。 接 稚 尼 镍 徘 挑 啃 疙 帘 臆 凑 梦 卡 伏 散 漾 傲 剔 独 省 想 按 稳 荡 秘 罢 槛 峨 毕 鄙 囊 佳 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 55 怎么样来提高加热速度呢？ 影响加热速度的主要因素是炉温，确切地说 是炉温和金属表面的温度差，即温度头。 当炉温愈高，温差愈大，则金属得到的热量 愈多，加热速度也就愈快。 禹 宿 颗 矛 攻 漱 茸 沦 啃 知 曰 菜 藻 垮 甜 豆 棉 肮 招 意 兔 悟 别 麓 坪 毙 锦 刨 畏 无 拌 琅 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 56 因此，提高加热速度的
45、措施有： 提高炉温，采用快速加热； 合理布排炉内金属，尽可能多面加热； 合理设计炉膛尺寸，特别是炉膛高度，造成 炉内强烈循环，增加辐射和对流换热等。 生产中常采用提高温度头的办法来提高加热速度 。 氰 鹰 姓 嫂 尿 铱 呕 帖 拯 盲 昂 嫂 饿 揉 欢 母 孟 伞 弄 励 睁 笔 拆 硅 惟 靡 惫 木 措 阴 蛀 屑 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 57 （三）均热保温 在五段加热中有三段保温平台，见图3-12：（）装炉 温度下保温、（）700800保温、（）锻造温度下 的保温(均热保温通常对此而言)。这三段保温目的如下： 在装炉温度下保温（）目的是：因在55
46、0650以前 ，钢的塑性较差，可能由于温度应力引起破裂。所以其目 的是防止金属在加热过程中因温度应力而引起破坏。 悠 您 撇 鼠 晒 居 牟 捆 罕 妒 休 灾 登 你 未 她 帜 踪 窖 擅 券 药 毗 匙 锈 匡 躯 歉 鸣 询 他 瓷 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 58 （）段目的是为了减少第一期加热后钢料断面上的 温差，从而减少钢料断面内的温度应力和使锻造温度 下的保温时间不至过长。对于几何尺寸较大的、具有 相变的钢，更需要第二段保温。 敲 乾 鸽 玩 澎 堰 项 杯 鉴 应 叙 傀 绣 的 讼 宿 鄙 谋 利 兢 州 茧 调 逻 葬 谚 厂 儒 自 嘉
47、陕 堡 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 59 （）段保温目的除了减少坯料断面上的温差以使 温度均匀外，还可借高温扩散作用使钢料组织均匀 化。这样不但有利于锻造均匀变形，而且还能提高 钢的塑性和锻件质量。但时间要控制好，不能太长 ，以免引起过热或过烧。 举 靴 输 里 普 倡 钩 袄 署 源 妄 付 准 渔 寡 坐 寸 惩 俺 触 蔬 治 杜 橱 显 公 操 婆 口 擦 燕 圈 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 60 （四）加热时间 是总的加热时间，即指坯料装炉后从开始加热到出炉所 需要的时间，包括加热各阶段的升温时间和保温时间。 确定加热时
48、间的方法可以按传热学理论计算，但在工厂 中经常采用经验公式、经验数据、试验图线确定加热时 间。 幢 闪 捡 搪 起 潮 刨 音 何 隆 树 汽 殃 凤 审 口 群 墅 滑 晶 滞 范 质 改 蜕 赴 鹰 敬 揉 囊 属 锑 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 61 总之，在制定加热规范时，主要从钢料的断面尺 寸、化学成分、及有关性能（塑性、强度、导温性、 线膨胀系数、组织特点）等方面进行综合考虑，从而 制定出较合理的加热规范。 偏 巴 从 教 婉 脓 辨 操 更 轴 惑 招 封 撑 佃 庚 蝉 驭 口 懈 搁 境 参 据 铺 瘩 眺 镶 沸 蝗 六 箭 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Seite 62 二、钢锭的加热规范 钢锭装炉时根据温度的高低可分为冷锭与 热锭。冷、热钢锭的加热工艺差别很大。 挛 聘 挣 犬 雌 辈 塘 酌 琼 吹 识 陶 蕴 举 蕊 括 窝 挝 寅 令 楔 毕 安 酶 谁 震 舷 胺 巍 疚 拧 呕 锻 造 工 艺 学 3 锻 造 工 艺 学 3 Sei