热锻工艺概述

第二篇热锻工艺与模锻设计第九章热锻工艺概述聂爱琴３２４３０４４版权声明本课件为作者所有本课件为职教老师网从网上整理的资料,只能用于学习研究,不得使用商业!职教老师网为从事职业教育的老师服务!欢迎大家的加入QQ:434330319群:17672263第一节热锻工艺特点一、什么是锻造？锻造是利用锻压设备，通过工具或模具使金属毛坯产生塑性变形，从而获得具有一定形状，尺寸和内部组织的工件的一种压力加工方法。锻造生产是机械制造工业中提供毛坯的主要途径之一。它不但能获得一定的金属零件的形状，而且能改善金属的内部组织，提高金属的力学性能和物理性能。）（室温冷锻温锻热锻按温度按作用力的来源特种锻造胎模锻其它专用设备上模锻水压机上模锻水平锻机上模锻热模锻压力机上模锻摩擦压力机上模锻锤上模锻模锻自由锻机械锻造手工锻造二、锻造生产的分类和特点：１、分类：２、锻造生产的特点⑴、锻造能改善金属的组织，提高金属的力学性能和物理性能；⑵、节约金属材料和切削加工工时；⑶、具有较高的劳动生产率；⑷、锻造有很大的灵活性。三、锻造生产的重要性：⑴、国防工业中飞机上的锻件质量占85％，坦克上的锻件质量占70％；大炮、枪支的大部分零件都是锻造而成的。⑵、机床制造工业中各种机床上的主要零件，如主轴、传动轴、齿轮和切削刀具等都是锻件制成的。⑶、电力工业中发电设备的主要零件，如水轮机主轴、透平叶轮、转子、护环等均由锻件制成。⑷、交通运输工业中机车上的锻压件质量占60％、汽车上的锻压件质量占80％、轮船上的发动机曲轴和推力轴等主要零件也由锻制而成。⑸、农用拖拉机、收割机等现代农业机械上的许多主要零件也都是锻制成的，如拖拉机上就有560多种锻件。⑹、日常生活用品如锤子、斧子、钢丝钳、刀等亦均是锻制而成的。四、我国锻造生产的发展概况及今后发展的方向和任务1、在工艺方面：由手工锻造发展到了胎模锻及模锻，还采用了高效率、少无切削的特种锻造，如精密模锻、锟锻和挤压等，基本上掌握了合金钢和大型锻件的各种锻造技术。2、在设备方面：①、煤炉得到了改造：高效薄壁旋转加热炉、敞焰无氧化加热炉、煤气、燃油加热炉、电加热炉已广泛采用感应，电加热（中频、工频）在自动化锻压生产线上得到应用。②、锻造生产机械化：有操作机、装出料机。但是我国与先进国家相比还比较落后，我国的模锻件仅占全部锻件的30％（国外占80％），国外电加热已普遍采用，已有成千条锻造自动生产线，大型自由锻造水压机普遍配备了锻造操作机。我国的锻造生产起源较早，但是发展缓慢。上世纪50年代后有了迅速发展：3、目前我国锻造行业的任务⑴、提高大型锻件与合金钢锻件的质量和锻造生产的机械化与自动化程度；⑵、进一步推广模锻，发展大型、先进的模锻设备，扩大模锻生产，提高模锻件在整个锻件中占的比重；⑶、根据热源条件，进一步发展煤气、天然气、油、电等先进的加热技术；⑷、大力推广锻造少无切削工艺，发展高效，精密锻压设备。第二节热锻原材料及下料方法热锻原材料：钢锭（大、中型自由锻体）、金属棒料（其余）常用的下料方法：1、锯切：园盘锯、弓型锯、高速带锯2、剪切：在剪床上或在冲床的剪切模里下料，生产效率高，切口没有材料损耗，端部质量较差。3、折断下料：先在材料上锯切或气割一个口子,通过压力机在预切口折断。生产率高、设备简单、没有材料损耗、端面质量高。4、砂轮切割：由电动机带动薄片砂轮高速旋转，手动或机动使砂轮沿径向上下运动而将钢坯切断。生产率高，断面平整，但砂轮损耗大，工人劳动条件差。5、火焰切割（气割）：氧气、乙炔等气流将钢局部加热至融化温度，使其逐步熔断。用于大型钢坯和锻件的大断面切割（可达1500mm以上），金属有损耗。6、阳极切割：利用电腐蚀作用和电化学腐蚀作用切开金属材料，生产率高，废料少，可以切割任何硬度的金属材料且断面光洁。第三节锻前加热的目的、方法及钢在加热中的常见缺陷一、目的：提高金属塑性、降低变形抗力、使之易于流动成形并获得良好的锻后组织。二、加热方法：１、火焰加热：利用燃料（煤、焦炭、重油、柴油和煤气）在火焰加热炉内燃烧产生含有大量热能的高温气体（火焰），通过对流、辐射把热能传给毛坯表面，再由表面向中心热传导而使金属毛坯加热。优点：燃料来源方便，炉子修造简单，加热费用较低，对毛坯的适应范围广。缺点：劳动条件差，加热速度慢，效率低，加热质量难于控制。２、电加热：通过把电能转变为热能加热金属毛坯。有感应电加热、接触电加热、电阻炉加热和盐浴炉加热。①、感应电加热（图９－２）在感应器通入交变电流产生的交变磁场作用下，金属毛坯内部产生交变涡流。由于涡流和磁化发热，便直接将金属毛坯加热。按所用电流频率不同分为在锻压生产中，以中频感应电加热应用最多。优点：加热速度快，加热质量好，温度控制准确，金属烧损少。便于和锻压设备组成生产线实现机械化－自动化，劳动条件好，对环境没污染。缺点：设备投资费用高，加热毛坯尺寸范围很窄，电能消耗大。)50()10000500()1010(65HzfHzfHzf工频加热中频加热高频加热②、接触电加热(图9-3)以低压大电流直接通入金属毛坯，由于金属存在一定电阻，电流通过就会产生热量，从而使之加热。优点：加热速度快，金属烧损少，加热温度范围不受限制，热效率高，耗电少，成本低，设备简单，操作方便。缺点：毛坯的表面粗糙度和形状尺寸要求严格，特别是毛坯的端部必须规整，不得产生畸变。加热温度的测量和控制也比较困难。适用于长毛坯的整体或局部加热。③、电阻炉加热(图9-4)利用电流通入炉内的电热体所产生的热量，以辐射与对流的方式来加热金属毛坯。金属电热体有：铁铬铝合金(Cr25Al5、Cr17Al5、Cr13Al4)和镍铬合金(Cr20Ni80、Cr15Ni60)，做成线状或带状，使用温度一般在1100℃以下；非金属电热体：碳化硅、二硅化钼，制成棒状，使用温度可高达1350℃以上。优点：对毛坯加热的适应范围较大，便于实现加热机械化自动化，也可用保护气体进行少无氧化加热。缺点：加热温度受到电热体的限制，热效率比其他电加热法低。三、钢在加热中的常见缺陷1、氧化：钢料加热到高温时，其表层中的Fe元素与氧化性气体(O2、CO2、H20、SO2)发生化学反应，使钢坯表层形成氧化皮的现象称为氧化(或烧损)。Fe+1/2O2FeOFe+CO2FeO+COFe+H20FeO+H2FeO+1/2O2Fe3O42Fe3O4+1/2O23Fe2o3危害：毛坯烧损；氧化皮在成形时被压入锻件表面，影响其表面质量；氧化皮又硬又脆，加剧模具磨损；引起炉底腐蚀损坏。2、脱碳钢料在加热时，其表层的碳和炉气中的氧化性气体(O2、CO2、H2O等)及某些还原性气体(H2)发生化学反应，造成毛坯表层的含碳量减少，称为“脱碳”。3Fe3C+O26Fe+2COFe3C+2H23Fe+CH4Fe3C+H2O3Fe+CO+H2Fe3C+CO23Fe+2CO危害：锻件表面变软，强度和耐磨性降低，对需要淬火的钢，淬火后得不到所要求的硬度。3、过热：毛坯加热温度超过始锻温度或毛坯在高温下停留时间过长，都会引起奥氏体晶粒迅速长大，即为“过热”。危害：晶粒粗大，引起机械性能(尤其是冲击韧性)的降低。但生产实践表明：某些钢的过热对锻造过程的影响不是很大，甚至过热较严重的钢材(只要没有过烧)，在足够大的变形程度下一般可以消除。4、过烧：当毛坯加热温度接近熔点，并在此温度下停留时间过长时，不仅晶粒粗大，晶间低熔点物质开始熔化，氧化性气体渗入晶界，破坏了晶间的联系，称为“过烧”。危害：强度和塑性大大降低，过烧的坯料一击就碎，一般是不能用热处理或热加工的方法来补救的。次品废品5、裂纹在毛坯的加热过程中，由于①、表层与心部温度的差异造成的温度应力；②、钢锭的内部残余应力(钢锭在凝固和冷却过程中，由于外层和中心冷却次序的不同，各部分间的相互牵制产生残余应力。外层冷却快，中心冷却慢，残余应力在外层为压应力，在中心部分为拉应力，其符号与温度应力相同)；③、具有相变毛坯的表层与心部相变不同时形成的组织应力；都可能产生心部裂纹。第四节热锻温度范围的确定及加热规范的制定一、钢的锻造温度范围：开始锻造温度（始锻温度）与结束锻造温度（终锻温度）之间的一段温度区间。二、确定锻造温度范围的原则：首先要考虑金属塑性和锻件质量，其次要考虑变形抗力以及火次的问题。归纳有以下几点：①、保证在锻造温度范围内，金属的塑性较好；②、保证获得良好的锻件质量（包括内部组织和机械性能）；③、保证在锻造温度范围内，金属的变形抗力较小；④、以提高锻造生产率出发，锻造温度范围尽可能宽一些，以减少坯料的加热火次。三、确定锻造温度范围的基本方法以平衡图为基础，参考塑性图、抗力图和再结晶立体图，从塑性、质量和变形抗力三方面加以综合分析，最后定出始锻温度和终锻温度。一般，碳钢的锻造温度范围根据铁—碳平衡图便可以直接确定。对于多数合金结构钢的锻造温度范围，可以参照含碳量相同的碳钢来考虑。但对塑性较低的高合金钢，以及不发生相变的钢种，则必需通过试验，才能得出合理的锻造温度范围。四、始锻温度的确定首先保证钢不出现过热和过烧现象。一般应低于铁—碳平衡图的固相线(或熔点)150～250℃。图9-5。在有些情况下，还应考虑坯料的原始组织、锻造方式和变形工艺等因素。①、当以钢锭为坯料时，由于其液态凝固时所获得的原始晶粒组织比较稳定，产生过热和过烧的倾向性小，所以，钢锭的始锻温度比同种钢的钢坯和钢材要高20～50℃。②、当采用高速锤锻造时，由于高速变形时热效应非常显著，因此其始锻温度应比通常的始锻温度低。③、对于大型锻件的锻造，在确定其最后一火(或两火)的始锻温度时，必须考虑最后工序剩余的锻造比，如果此时的锻比小于1.5，则应适当降低始锻温度，以防晶粒长大，这对不能用热处理方式细化晶粒的某些特殊钢来说尤其重要。五、终锻温度的确定要保证钢在终锻前具有足够的塑性，又要使锻件能够获得良好的组织性能。钢的终锻温度应高于再结晶温度，以保证锻后再结晶完全，使锻件得到细晶粒组织。但是过高的温度也会使锻件在冷却过程中晶粒继续变大，因而降低了机械性能，尤其是冲击韧性降低得更多。所以确定终锻温度时必须综合平衡图和再结晶立体图来考虑：①、对碳钢而言，从平衡图可知，GSE线以上是高温单相奥氏体区，此时塑性较好，变形抗力较低，其终锻温度不能低于A1线。否则，塑性显著降低，变形抗力增大，加工硬化现象严重，容易产生锻造裂纹。一般高于A3.、Acm线15～50℃。②、对于亚共析钢，在A3线以上15～50℃。③、对于低碳钢(含碳量小于0.3％)，其终锻温度可以在A3线以下的两相（）区。因为这时材料仍具有足够的塑性，变形抗力也不大，并且还扩大了锻造温度范围。④、对于过共析钢，当温度低于Acm线以下时，还将析出二次渗碳体，且沿晶界呈网状分布。因此，这时不能停锻，应继续锻打以破碎网状渗碳体。但是温度的进一步下降将因塑性的显著降低而必须终止锻造。所以其终锻温度一般应在Ａ１线以上50～100℃。另外，终锻温度的确定有时还与不同钢种、锻造工序和后续工序等有关：①、对于无相变的钢种，由于不能用热处理的方法细化晶粒，只有依靠锻造来控制晶粒度。为了使锻件获得细小晶粒，这类钢的终锻温度一般偏低。②、对于某些特殊工序，其终锻温度还要作相应调整。例如精整工序的终锻温度一般允许比规定值低５０～８０℃。③、对于锻后立即进行锻件余热热处理时，为满足余热热处理的温度要求，其终锻温度有时可以稍高些，当锻件的材料为低碳钢时，其终锻温度可以稍高于Ａ３线。见表９－１六、钢的加热规范加热规范是指金属从装炉开始到结束加热的整个过程中，对炉子温度和金属温度随时间变化的规定。主要内容有：装炉温度、加热各个阶段炉