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第八章 自由铸造工艺规程编制

本章将关键介绍自由铸造工艺规程编制过程并举例进行说明。自由铸造工艺规程关键由锻件图设计，计算锻件重量，确定坯料规格或钢锭规格；设计铸造工步，计算变形程度；确定铸造温度和加热火次、确定锻件复杂程度；确定铸造设备、工装及工具；确定坯料加热规范、锻件冷却及热处理规范、锻件表面清理规范；确定锻件理化检验规范等等。
编制工艺过程时应注意下述两个标准
1）依据车间现有条件，所编制工艺技术优异，能满足产品全部技术要求。
2）在确保优质基础上，提升生产率，节省金属材料消耗，经济合理。

8.1.设计锻件图
锻件图是编制铸造工艺、设计工具、指导生产和验收锻件关键依据，也是联络其它后续加工工艺关键技术资料，它是依据零件图考虑了加工余量，锻件公差、铸造余块、检验试样及工艺卡头等绘制而成。
通常锻件尺寸和表面粗糙度，达不到零件图要求，锻件表面应留有一定机械加工余量（以下简称余量）。余量大小关键取决于：零件形状尺寸和加工精度、表面粗糙度要求、锻件加热质量、设备工具精度和操作技术水平等。零件公称尺寸加上余量即为锻件公称尺寸，对于非加工表面，则无需加放余量。
在铸造生产实际中，因为多种原因影响，如终锻温度差异、锻压设备工具精度和工人操作技术上差异、锻件实际尺寸不可能达成公称尺寸，许可有一定误差，称为铸造公差。锻件上不管是否需经机械加工，全部应注明铸造公差。通常公差约为余量1/4～1/3。
锻件余量和公差具体数值可查阅相关手册、标准或工厂标正确定。

图8.1 锻件多种余块
为了简化锻件外形或依据铸造工艺需要，在零件上较小孔、狭窄凹档、直径差较小而长度不大台阶等难于铸造地方，通常全部需填满金属（这部分金属叫做铸造余块），但这么做增加了机械加工工时和金属损耗。所以，是否加放余块，应依据零件形状、铸造技术水平、加工成本等综合考虑确定。
除了铸造工艺要求加放余块之外，对于有特殊要求锻件，尚需在锻件合适位置添加试样余块（供检验锻件内部组织和力学性能试验用等）、热处理或机械加工用夹头等。见图8.1示例。
当余量、公差和余块等确定以后，便可绘制锻件图。锻件图上锻件形状用粗实线描绘。为了便于了解零件形状和检验锻后实际余量，在锻件图内用假想线画出零件简单形状。锻件尺寸和公差标注在尺寸线上面。零件尺寸加括号标注在尺寸线下面。如锻件带有检验试样、热处理夹头时，锻件图上应注明其尺寸和位置。在图上无法表示一些条件，能够技术条件方法加以说明。图8.2为一法兰带试样锻件图。

图8.2 法兰锻件图

8.2计算锻件重量、确定铸造坯料规格
自由锻用原材料有两种：一个是钢材、钢坯、多用于中小型锻件；另一个是钢锭，关键用于大中型锻件。
8.2.1.毛坯重量计算
锻制锻件所需用毛坯重量为锻件重量和铸造时金属损耗重量之和，计算重量公式以下；
G毛坯=G锻件+G切头+G烧损
式中 G毛坯---所需原毛坯重量；
G锻件---锻件重量；
G切头---铸造过程中切掉料头等重量；
G烧损---烧损重量；
当用钢锭作原毛坯时，上式中还应加上冒口重量G冒口和底部重量G底部。
锻件重量G锻件依据锻件图决定。对于复杂形状锻件，通常先将锻件分成形状简单多个单元体，然后按公称尺寸计算每个单元体体积，G锻件可按下式求得；
G锻件=γ（V1+V2+…+Vn）
式中 γ----金属密度；
V1+V2+…+Vn-----各单元体体积。
对轴类锻件需考虑台阶处之余面（图8.3、8.4）所需重量。

图8.3 台阶轴类锻件余面
其计算公式为：G余面=0.2（D-d）2（D+2d）(尺寸以dm计算);

图8.4 曲轴类锻件余面
其计算公式为：G余面=h2B(尺寸以dm计算)。
G切头包含修切锻件端部时料头重量和冲孔芯料等，端部料头重量计算方法见表8.1。
表8.1是一个最简单端部切料情况计算方法，而实际上切料数值和锻件复杂程度相关。比如铸造台阶时，为预防内凹和夹层现象，压痕和压肩时端部所留最短长度应大于0.3D。假如台阶轴轴颈较短时，则切区料头重量便要 较多。所以，复杂件切料数值依据具体工艺来定。

表8.1 端部料头计算公式

毛坯形状
端部料头重量/kg

G=1.8D3

G=2.36HB2
冲孔芯料决定于冲孔方法和锻件尺寸，计算方法见表8.2.
表8.2冲孔芯料计算

冲孔方法
芯料体积（mm3）
芯料重量（kg）
实心孔冲孔
V芯=（0.15～0.20）d2H
G芯=（1.18～1.57）d2H
在垫环上冲孔
V芯=（0.55～0.60）d2H
G芯=（4.32～4.71）d2H
注：表中d --------实心孔之直径（mm）
H --------冲孔前坯料高度（mm）
表8.3 火耗和加热次数所占锻件重量百分比

材料
加热介质
加热次数
第一火
第二、三、……火
通常碳钢及合金钢
煤、天然气
2.5%
2%
Cr12、Cr12Mo，
高速钢、不锈钢
煤、天然气
1.5%
1.0%
烧损重量G烧损和炉子类型，毛坯性质和加热次数等相关，通常见所占百分数表示。见表8.3。
钢锭冒口和底部切区重量G冒口和G底部占整个钢锭重量百分比见表8.4。

8.2.2.毛坯尺寸确实定
毛坯尺寸确实定和所采取第一个基础工步（镦粗或拔长）相关，所采取工步不一样，确定方法也不一样。
表8.4钢锭冒口和底部切去重量百分比（％）

原材料种类
切去重量
碳素钢锭
合金钢锭或锻
关键零件时
冒 口
14～25
25～30
底 部
5～7
7～10

（1） 采取镦粗法锻制锻件时，毛坯尺寸确实定
对于钢坯，为避免镦粗时产生弯曲，应使毛坯高度H不超出其直径D（或方形边长A）2.5倍，但为了在截料时便于操作，毛坯高度H不应小于1.25D（或A），即
1.25D（A）≤H≤2.5D（A）
对圆毛坯；
D=（0.8～1）
对方毛坯；
A=（0.75～0.8）
初步确定了D（或A）以后，应依据国家标准选择标准 直径或边长。
最终依据毛坯体积V坯和毛坯截面积F坯，即可求得毛坯高度（或长度）
H=V坯/F坯
对算毛坯H，还需按下式进行检验；
H＜0.75H行程
式中 H行程-------锤头行程。
另外，毛坯高度，还应小于加热炉底有效长度。
对于锭料，依据所需毛坯重量和钢锭规格来选择
（2） 采取拔长法锻制锻件时，毛坯尺寸确实定
对于钢坯，拔长时所用截面F坯大小应确保能够得到所要求铸造比。
F坯= KL F锻
即式中KL ----铸造比。
F锻-------锻件最大横截面积。
按上式求出钢坯最小横截面积，并可深入求出钢坯直径（或边长）。
然后，依据国家标准或厂标选择标准直径（或边长），若没有所需尺寸时，则取相邻较大标准尺寸。
最终，依据毛坯体积V坯和确定毛坯横截面积求出钢坯长度L坯
L坯=V坯/F坯
8.2.3.钢锭规格选择
当选择钢锭为原材料时，选择钢锭规格方法有两种。
第一个方法：首先确定多种金属损耗，求出钢锭利用率η：
η=[1-(δ冒口+δ锭底+δ烧损)]×100%
式中 δ冒口、δ锭底分别为切去冒口和锭底重量占钢锭重量百分数；可参考表12-2估算。
δ烧损为加热烧损率。
然后计算钢锭计算重量G锭=（G锻+G损）/η
式中G锻为锻件重量，G损为除冒口、锭底及烧损以外损耗重量。
依据钢锭计算重量，参考相关钢锭规格表，选择重量相等或稍大钢锭规格即可。
第二种方法：依据锻件类型参考经验资料先定出概略钢锭利用率η，然后求得钢锭计算重量G锭=G锻/η，再从相关钢锭规格表，选择所需钢锭规格。

8.3.设计铸造工步、计算变形程度
设计铸造工步是编制工艺中最关键部分，也是难度较大部分，因为影响原因很多，比如工人经验、技术水平、车间设备条件、坯料情况、生产批量，工具辅具情况，锻件技术要求等。决定变形工艺时，在结合车间具体生产条件情况下应尽可能采取优异技术，以确保取得好锻件质量、高生产率和较少材料消耗。
各类锻件变形工步选择可依据各变形工步变形特点，锻件形状、尺寸，技术要求和参考相关经典工艺具体确定。
对具体工件确定铸造方法时应依据各厂经验和工具情况具体确定。因为甚至对同一锻件，在同一车间各人铸造方法也不完全一样，尤其对在分界线上或其周围空心锻件可能有多个铸造方法。例对批量较大、尺寸较小空心锻件，也能够采取胎模铸造；对环形件还能够在冲口后用扩孔机扩孔。具体可参见前面章节。
工步尺寸设计和工步选择是同时进行，具体确定工步尺寸时应注意下列各点：
（1）工步尺寸必需符合各工步规则，比如镦粗时毛坯高度和直径比值应小于2.5～3。拔长时截面变换经验计算公式见表8.5。
表8.5 拔长过程坯料截面变换经验计算公式

截面变换内容
变形简图
计算公式
由圆变方

当l=b时：D=（1.35-1.45）A；
l:送进量；b:砧宽。
由方变圆

A=（0.88-1.0）D
由圆变扁方

（1）当H＜0.5B： D=（2B+H）/3;
（2）当H≥0.5B： D=
由方变扁方

A≥1.5H（-1）
由八角变圆

D= 1.03C
由扁方变方

　当≥1-1.4时： B=（1.4-1.65）A
H=（0.75-0.8）A
工步尺寸设计和工步选择是同时进行，具体确定工步尺寸时应注意下列各点：
（1）工步尺寸必需符合各工步规则，比如镦粗时毛坯高度和直径比值应小于2.5～3。拔长时截面变换经验计算公式见表8.5
（2）必需估量到各工步中毛坯尺寸改变，比如冲孔时毛坯高度有些减小，扩孔时高度有些增加等等。
（3）必需确保各部分有足够体积，这在使用分锻工步（压痕、压肩）时必需估量到。
（4）多火次锻打时必需注意中间各火次加热可能性。
（5）必需确保在最终修光时有足够修整留量，因为在压肩、错移、冲孔等工步中毛坯上有拉缩现象，这就必需在中间工步中留有一定修整留量。
（6）有些长轴类零件长度方向尺寸要求很正确，但沿长度方向又不许可进行镦粗（比如曲轴等），设计工步尺寸时，必需估量到长度方向尺寸在修整时会略有延伸。
图8.5、8.6、8.7、8.8、8.8、8.10、8.11、简单描述了部分经典锻件铸造变形工步。

图8.5 齿轮铸造变形过程 图8.6 锤头铸造变形过程

图8.7圆环铸造变形过程 图8.8圆筒铸造变形过程

图8.8 三拐曲轴铸造变形过程

图8.10 20吨吊钩铸造变形过程 图8.11 卡瓦铸造变形过程

表8.6铸造比计算方法
序号
铸造工步
变形简图
工步铸造比
1
钢锭或坯料拔长

2
拔长-镦粗-拔长或镦粗-拔长-镦粗

或
4
芯轴拔长

5
马杠扩孔

6
镦粗

轮缘
轮毂
说明
1. 钢锭开坯倒棱铸造比不计入总锻比
2. 连续拔长或连续镦粗，总铸造比等于工步锻比乘积，
3. 两次拔长之间有镦粗或两次镦粗之间有拔长，总铸造比等于两次拔长（或镦粗）工步铸造比之和，或而且要求工步铸造比，，，≥2

铸造比是表示变形程度一个方法，是衡量锻件质量一个关键指标。锻件比计算方法，各国家、各行业均不一致。铸造过程铸造比中国通常计算方法是按拔长或镦粗前后锻件截面比或高度比计算，即锻比KL =/=/或KL=/（、、、、 、分别是铸造前、后截面积、直径和高度）。假如采取两次镦粗、拔长，或两次镦粗间有拔长时，按总铸造比等于两次分铸造比之和计算，即KL总=KL1+ KL2。假如是连续拔长或镦粗时，按总铸造比等于两次分铸造比之积计算，即KL总=KL1× KL2。表8.6列出了中国大锻件行业常见铸造比计算方法。
铸造比大小反应了铸造对锻件组织和力学性能影响，通常规律是：铸造过程伴随铸造比增大，因为内部孔隙焊合，铸态树枝晶被打坏，锻件纵向和横向力学性能均得到显著提升。当铸造比超出一定数值后，因为形成纤维组织，横向力学性能（塑性、韧性）急剧下降，造成锻件出现各向异性。所以制订铸造工艺规程时，应合理地选择铸造比大小。
对于用钢材锻制锻件（莱氏体钢锻件除外），因为钢材经过了大变形锻或轧，其组织和性能已得到改善，通常不需要考虑铸造比；用钢锭（包含有色金属铸锭）锻制大型锻件，必需考虑铸造比，可参考表8.7选择。零件技术条件提出有铸造比要求，则以技术条件要求选择铸造比；如零件技术条件没有要求铸造比，则应依据零件化学成份、零件受力情况、和所用钢锭大小等原因综合考虑。
表8.7 经典锻件铸造比
锻件名称
计算部位
总铸造比
锻件名称
计算部位
总铸造比
碳素钢轴
合金钢轴
最大截面
2.0~2.5
2.5~3.0
模块
最大截面
≥3.0
热轧辊
冷轧辊
辊身
2.5~3.0
3.5~5.0
汽轮机转子
发电机转子
轴身
3.5~6.0
船用轴
法兰
轴身
＞1.5
≥3.0
汽轮机叶轮
涡轮盘
轮毂
轮缘
4.0~6.0
6.0~8.0
水轮机空心轴
法兰
轴身
＞1.5
≥2.5
航空用大锻件
最大截面
6.0~8.0
曲轴
曲拐
轴颈
＞2.0
≥3.0

通常情况下，合金结构钢比碳素结构钢钢锭铸造缺点严重，所需铸造比应大些。如拔长5吨、15吨、和30吨以上钢锭时，碳素结构钢锻件最好锻比对应为2、2.5、3，而合金结构钢锻件最好铸造比为3～4。
对通常结构钢锻件，当零件受力方向和纤维方向不一致时，为了确保锻件横向性能，避免产生各向异性，应取锻比2～2.5。当零件受力方向和纤维方向一致时，为使纵向纵向力学性能提升，可将铸造比选择为4。对于部分关键零件（如航空锻件、高合金锻件）为了充足破碎铸态组织，取得较高综合机械性能，常见镦粗拔长联合工艺，铸造比要求达成6～8。

8.4.确定铸造温度和加热火次、确定锻件复杂程度
8.4.1确定铸造温度。
即控制锻件材料铸造时始端温度和终端温度。关键依据文件手册、标准和工厂实际经验进行控制。表8.8列出了常见钢料铸造温度范围，包含始锻温度和终锻温度。
8.4.2加热火次。
加热火次和炉子类型，毛坯性质和操作水平等相关，相关火耗具体算法见本章第二节。
8.4.3确定锻件复杂程度

表8.8 常见钢号始锻、终锻（精锻）加热温度

组别
钢号
始锻温度℃
终端温度℃
钢坯
钢坯
终锻
精整
Ⅰ
Q185~Q255，10~30
1280
1260
750
700
35~45，15Mn~35Mn,15Cr~35Cr
1260
1240
750
700
Ⅱ
50, 55, 40Mn~50Mn, 35Mn2~50Mn2, 40Cr~55Cr, 20SiMn~35SiMn, 12CrMo~50CrMo, 30CrMnSi, 20CrMnTi, 20MnMo, 12CrMoV~35CrMoV, 34CrMo1A, 20MnMoNb, 14MnMoV~42MnMoV, 38CrMoAlA, 38CrMnMo
1250
1220
800
750
Ⅲ
34CrNiMo~34CrNi3Mo, 30Cr1Mo1V, 25Cr2Ni4MoV, PCrNi1Mo~ PcrNi3Mo, 22Cr2Ni4MoV, 5CrNiMo
30Cr2MoV, 40CrNiMo, 18CrNiW, 50Si2~60Si2, 65Mn, 50CrNiW, 50CrMnMo, 60CrMnMo, 60CrMnV
1240
1220
850
800
T7~T10, 8Cr, 8Cr2, 8Cr2Mo, 8Cr2V, 8CrSi, 70Cr3Mo, 1Cr13~4Cr13, 86Cr2MoV, Cr5Mo, 0Cr18Ni8~2Cr18Ni8, 0Cr18Ni8Ti, Cr17Ni2
1220
1200
850
800
50Mn18Cr4, 50Mn18Cr4N, 50Mn18Cr4WN, GCr15, GCr15SiMn, 3Cr2W8V, CrWMo, 4CrW2Si~6CrW2Si
1200
1180
850
800
Cr12 MoV1, 4Cr15MoVSi(H11), W18Cr4
1180
1160
850
800

锻件复杂系数分为锤上铸造和水压机铸造。参考JB/T4385.2-1888《锤上自由锻件 复杂程度分类及折合系数》、JB/T8178.2-1888《水压机上自由锻件 复杂程度分类及折合系数》、取复杂程度相近似等级。
8.5 确定铸造设备、工装及工具
自由锻常见设备为锻锤和水压机。这些设备虽无过载损坏问题，但若设备吨位选得过小，则锻件内部锻不透，而且生产率低，反之，若设备吨位选得过大，不仅浪费动力，而且因为大设备工作速度低，一样也影响生产率和锻件成本。所以，正确确定设备吨位是编制工艺规程关键步骤之一。
铸造所需设备吨位，关键和变形面积、锻件材质、变形温度等原因相关。在自由锻中变形面积由锻件大小和变形工步性质而定。镦粗时锻件和工件接触面积相对于其它变形工步要大得多，而很多铸造过程均和镦粗相关，所以，常以镦粗力大小来选择设备。
确定设备吨位方法有：理论计算法和经验类比法两种。
1. 理论计算法
理论计算法是依据塑性成形理论建立公式来计算设备吨位。尽管现在这些计算公式还不够正确，但仍能给设备确定吨位提供一定参考依据。
水压机铸造时，因为压力改变比较平稳，故可依据锻件成形所需最大变形力来选择设备吨位。
水压机铸造时，锻件成形所需最大变形力可按以下公式计算：
F=P·A
(式中 A：锻件和工具接触面在水平方向上投影面积；P：锻件和工具接触面上单位流动压力，即评均单位压力)。
用锻锤铸造，因为其打击力是不定，所以应依据锻件成形所需变形功来选择设备打击能量或吨位。
圆柱体锻件镦粗变形功为：
W=V[In(/H)+((D/H)－(D0/H))/8]
(式中D0、H0：为坯料直径和高度；D、H：为锻件直径和高度；V：锻件体积。)
长板形锻件镦粗变形功为
W=V[In(/H)+((b/H)－(b0/H))/8]
(式中b0、H0：为坯料宽度和高度；b、H：为镦粗后宽度和高度；V：锻件体积。)
依据最终一击变形功W，考虑锻锤打击效率η，便可算出所需打击能量E（J），即
E=W/η
通常锻锤吨位是以落下重量G（kg）表示，和打击能量有以下关系：
G=2g/υ2- W/η
(式中g：重力加速度，g=8.8m/s；υ：为锻锤打击速度，通常取υ=6～7m/s；η：打击效率)。
如取υ=6.5m/s, η=0.8,则得
G=W/1.72
2. 经验类比法
经验类比法是在统计分析生产实践数据基础上，总结归纳出经验公式或图表来估算铸造所需设备吨位一个方法，应用时只需依据锻件一些关键参数（如重量、尺寸、材质）便可快速确定设备吨位。
锻锤吨位（kg）可按以下公式计算： 表8.8 系数Ｋ
（MPa）
K
400
3～5
600
5～8
800
8～13
镦粗时 G=（0.002～0.003）K·S
(式中K ：和材料强度极限相关系数，按表8-8确定；S：锻件镦粗后横截面积（cm2）)。
拔长时 G=2.5S
(式中S：坯料横截面积（cm2）)。
自由锻用锻锤铸造能力范围可参考表8.10。
表8.10 自由铸造锻锤能力
设备吨位

锻件类型
0.25
0.5
0.75
1.0
2.0
3.0
5.0
圆饼
D(mm)
＜200
＜250
＜300
≤400
≤500
≤600
≤750
H(mm)
＜35
＜50
＜100
＜150
≤250
≤300
≤300
圆环
D(mm)
＜150
＜350
＜400
≤500
≤600
≤1000
≤1200
H(mm)
≤60
≤75
＜100
＜150
≤200
＜250
≤300
圆筒
D(mm)
＜150
＜175
＜250
＜275
＜300
＜360
≤700
d(mm)
≥100
≥125
＞125
≥125
＞125
＞150
＞500
H(mm)
≤150
≤200
≤275
≤300
≤350
≤400
≤550
圆轴
D(mm)
＜80
＜125
＜150
≤175
≤225
≤275
≤350
G(kg)
＜100
＜200
＜300
＜500
≤750
≤1000
≤1500
方块
H(mm)
≤80
≤150
≤175
≤200
≤250
≤300
≤450
G(kg)
＜25
＜50
＜70
≤100
≤350
≤800
≤1000
扁方
B(mm)
≤100
≤160
＜175
≤200
＜400
≤600
≤700
H(mm)
≥7
≥15
≥20
≥25
≥40
≥50
≥70
锻件成型
G(kg)
6
20
35
50
70
100
300
吊钩
起重量（t）
3
5
10
20
30
50
75
钢锭直径（mm）
125
200
250
300
400
450
600
钢锭边长（mm）
100
175
225
275
350
400
550

自由锻液压机能力及配套设备，见表8.11。

表8-11 液压机能力及配套设备

液压机公称压力/MN
镦粗最大钢锭
拔长最大钢锭
操作机
铸造吊车、翻料机
运输吊车
加热炉
热处理炉
质量/t
平均对径/mm
质量/t
平均对径/mm
起重量/t
倾翻力矩/(KN·m)
台数
起重量/t
台数
起重量/t
台数
台数
炉底总面积/㎡
台数
炉底总面积/㎡
8
2.5
488
5
634
5
100
1
15/3
1

2
24.3
3
30.25
12.5
5
634
8
751
10
250
1
20/5
1
50/10
1
3
36.45
3
67.56
25
24
1063
48
1406
10～20
250～500
1
80/30
60
(翻料机自重10)
1
1
50/10
30/5
1
1
5
1
(保温)
103
4
120
30
32
1178
52
1406
20～40
500～1000
1
80/30
65
(翻料机自重10)
1
1
50/10
2
5
1
(保温)
122
4
146.25
60
60
1486
130
1886
50～80
1300～
1～2
150/50/10
130
(翻料机自重25)

2
2
150/30
150/50
1
1
7
1
（保温）
230.42
8
306.6

120
150
2105
300
＞2404
100～150
2500～3500
1～2
300/100/5
250
(翻料机自重64)

2
2
250/50
1

5
1
（保温）
333.8
6
383.6

8.6 确定坯料加热规范、锻件冷却及热处理规范、锻件表面清理规范

8.6.1确定坯料加热规范
钢锭和钢坯铸造前加热是铸造生产中十分关键步骤。合理锻前加热，不仅能改善锻压成形过程，预防裂纹、过烧、温度不均匀等缺点，而且对提升锻件组织性能相关键影响。
表8.8 列出了常见钢料铸造温度范围，包含最高加热温度及终锻温度。确定钢料铸造温度范围，通常按钢化学成份选定。但合理铸造温度还应该考虑工厂具体生产条件（如钢锭冶金质量、加热设备性能、锻后热处理技术等）、锻件技术要求和大型铸造特点等原因进行合适调整。关键特殊钢锻件往往要求制订专门加热制度。
1） 冷钢锭加热。冷钢锭塑性低，当加热速度超出许可值时，热应力大，轻易产生加热裂纹。对于大型钢锭应限速升温、分段加热。对于组织结构复杂、残余应力较大合金钢钢锭，应采取低温装炉。以许可加热速度升温。并在400℃～600℃和700℃～850℃阶段保温，以防加热时钢锭脆性开裂。在进入塑性状态后。方可按加热炉最大升温速度加热至铸造温度。
2） 热钢锭加热。表面温度高于550℃～600℃钢锭称为热钢锭。热钢锭处于高温、高塑性状态，能够高温装炉，快速加热。
3） 严禁冷、热钢锭同炉进行加热。
4） 为了配炉，不一样钢号、不一样规格钢锭同炉加热时，应按最低温度，最长加热时间，制订加热规范。其中始锻温度低、保温时间较短者，可出炉铸造，其它可合适延长保温时间。
5） 高温保温时间。不管冷锭、热锭加热至铸造温度后，全部应保温一定时间，以达成均匀、热透和高温扩散目标。
6） 加热温度。加热炉炉温应比料温高30～50℃。钢料最高加热温度，应考虑不一样钢种过热敏感钢料或组织结构，最高加热温度能够合适降低。
7） 坯料反复加热要求。锻件铸造中需要反复加热时，其加热温度应按剩下铸造比（K）确定。当K≥1.5时，可加热至最高温度，并正常保温。当K＜1.5时，则应降低加热温度（1050℃）或装入高温炉保温。但保温时间比正常降低1/3，以防工步变形小，锻件晶粒粗化。假如锻后热处理可矫正锻件粗晶组织，也可不考虑工步铸造比对加热粗晶影响。
具体锻件加热规范制订可参考JB/T 6052 《钢质自由锻件加热通用技术条件》。
伴随钢锭冶金质量提升和锻压、热处理技术进步，大锻件加热工艺发展趋势是提升加热温度，扩大锻压温度范围，缩短加热时间，节省燃料消耗，提升生产效率。所以，现有加热制度，将会不停进行调整和修订。
8.6.2锻件冷却及热处理规范
锻件锻后冷却和热处理方法，包含锻后冷却、退火（低温退火、中间退火、完全退火等温退火等）、正火及回火、调质、等温冷却及起伏等温退火等。
锻件冷却和热处理规范是依据钢化学成份、传热截面尺寸、锻件技术要求并考虑白点敏感性及回火脆性倾向而制订。
用钢坯锻制锻件冷却方法见表8.12。
表8.12钢坯锻制锻件冷却方法

用轧材、锻坯锻制锻件锻后冷却方法
材质
锻件截面尺寸（mm）
<50
51～100
101～150
151～200
201～300
A0～A7,Q185～Q275,Q285～Q460,15MnTi,10～70,15CrMn～60Mn,15Cr～30Cr
空冷
空冷
空冷
空冷
空冷
35Cr～50Cr,60Si2Mn,65Mn～70Mn,20Mn2～50Mn2,35CrMn,30CrMo,35CrMo,42CrMo,35SiMn, 34CrMo1A,25SiMn2MoV,25Cr2MoVA,25Cr2Mo1VA, 20CrNi～50CrNi,12Cr1MoV,12Cr3MoA,12CrNi3,12Cr2Ni4,20Crni3,20Cr2Ni4A,25Cr2MoVA,20CrMn～50CrMn,20CrMo,30CrNi3,21/4Cr-1Mo,20CrNiMo,20Cr3NiMoA,20CrMnMo,18CrMnTi,18CrMnMo,40Cr2MoV,40CrMnMo,40CrNiMoA,8630,4040,4340,A4345,A4145,18MnMoNb,40MnB,14CrMnMoVB,Cr5Mo,38CrMoAI
空冷
空冷
空冷
堆冷
坑冷
CrMn,CrWMn,8CrSi,MnCrWV,8CrSi2,3Cr2W8V
空冷
700℃前在空气中冷却然后入保温坑冷却
炉冷
炉冷
5CrNiMo,5CrMnMo,4Cr5MoSiV1(H13)
空冷
坑冷
炉冷
炉冷
炉冷
W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2,6W6Mo5Cr4V,65Nb,Cr12,Cr12MoV
炉冷
炉冷
炉冷
炉冷
炉冷
用钢锭锻制锻件冷却方法见表8.13。
锻件热处理规范，关键依据锻件技术要求而制订，表8.14，关键列出了部分常见材料锻后热处理方法。

表8.13 钢锭锻制锻件冷却方法
钢号举例
锻件有效截面最大尺寸
≤50
51-100
101-400
401-500
15-30

35-45
空冷

坑冷
55Cr、55Mn2、35CrMo、20MnMo、35CrMnSi、T8、38SiMnMo、60Si2

炉冷

GCr15、8Cr2、5CrMnMo、60CrNi

表8.14 不一样材质锻件锻后热处理方法

序号
热处理方法
锻件钢号
1
正火
35、40、45、50、55、60、A5、A6、A7、15Mn-40Mn、20CrNi-40CrNi、
12CrNi2、12CrNi3、12CrNi4、20CrNi2、20CrNi4、30Cr-50Cr、 20CrMo、35CrMo、42CrMo、20CrMn-40CrMn、18CrMnTi、18CrMnMo、
40CrMnMo、35SiMn、20CrMoV、35CrMoV、25Cr2MoV、45Mn2、
50Mn2、Cr5Mo、50Mn
2
退火
65、70、60Mn-70Mn、T7-T13、5CrMnMo、5CrNiMo、5CrNiW、5CrNiSi、
5CrWMn、5CrNiTi、7Cr3、8Cr3、Cr、CrMn 、CrWMn 、Cr12、Cr12Mo、
W8Cr4V、W18Cr4V、8CrSi、55SiMn、60SiMn、55SiMn、60SiMn、
55Si、15CrMoV、GCr6、GCr8、GCr15、GCr15SiMn
3
固溶
0Cr18Ni8、1Cr18Ni8、2Cr18Ni8、1Cr18Ni8Ti、Cr18Ni12Mo2Ti、Cr18Ni12Mo3Ti
4
不处理
A0-A4、08-30、15Cr

8.6.3锻件表面清理规范
1） 清理目标。
在生产过程中，因为毛坯加热、铸造和锻后热处理时被氧化和损伤，锻件表面会形成氧化皮、表面缺点或存在油污、润滑剂或残留物，这些全部是必需要经过清理加以清除。清理目标在于：
提升锻件表面质量，确保后续工步顺利进行。对于需要冷校正或锻件本身不便加工锻件，为了避免氧化皮压入锻件或影响锻件精度和表面粗糙度，必需进行表面清理。
改善锻件切削加工条件。
显露锻件表面缺点（如折叠、裂纹、凹坑等）方便消除这些缺点。
锻件和毛坯清理包含热毛坯、冷锻件或冷毛坯、锻件或毛坯局部表面缺点清理等三种清理。
2） 热毛坯清理
铸造前清理热毛坯氧化皮，除了锻工常见轻镦一下清除部分氧化皮简单方法外，专门清理方法有三种。
手工清理和机械清理
高压水清理。
水中放电清理
3） 冷锻件或冷毛坯清理
依据冷锻件或冷毛坯材料、形状和大小和氧化皮厚度，除挤压铝棒表层粗晶环和钛合金毛坯表面污染层外，均可采取多个方法进行清理，这些清理方法是：滚筒清理、振动光饰、吹砂（喷丸）、抛丸、化学清理等。
4） 锻件局部表面缺点清理
锻件生产过程中，因为多种原因，在原始毛坯或中间毛坯或锻件上，全部可能有部分局部表面缺点，比如裂纹、折叠、拉伤、起皮、残余毛刺等。
局部表面缺点常见打磨、风铲和火焰切割等方法清除。

8.6确定锻件理化检验规范
理化检验关键包含材料金相组织、低倍组织、化学成份分析、晶粒度评定、非金属物夹杂评定、机械性能检验、抗H2S腐蚀开裂评定等。
理化检验规范和验收标正确实定关键依据技术图纸要求或技术规范要求或相关标准要求，经过根据一定标准要求检验并验收。要求在检验规范中明确检验项目和检验方法和验收标准等。

8.7.自由锻铸造工艺规程编制举例
8.7.1环类锻件自由铸造工艺规程编制
该零件材料为45钢，零件交货图图8.12所表示，锻件正火粗加工状态交货。
1） 设计绘制锻件图
依据《热轧环形件机械加工余量及公差》（JB/T 10478-）查得锻件外径、内径、高度方向余量和公差a、b、c=20±7,于是便可绘出锻件图（图8.13）。

图8.12 导向环交货图

图8.13 导向环锻件图

2） 计算锻件重量、确定坯料规格（尺寸均以mm计算）
G锻件=7.85×V锻×10-6=1387.16kg
初步设定锻件镦粗至约H=370mm后冲孔，依据锻件净重估算锻件此时外径D≈780mm,取冲孔直径D芯=260mm。由表12-2，V芯=（0.15～0.20）d2H。取V芯=0.20d2H，得G芯=0.2×D芯2 ×H×7.85×10-6=31kg。
锻件估量需要三火次，δ烧损取6.5%。故G坯=（1387.16+31）×（1+6.5%）≈1510kg。
因为第一道工步为镦粗，坯料直径按以下公式计算：
坯料直径D坯=（0.8～1.0）=461～577mm,取D坯=480mm
则坯料高度H坯= H=V坯/（D坯2×π/4）=1063mm
3） 设计铸造工步，计算铸造比
其变形工步为：镦粗－冲孔－马架扩孔－辗环机轧制。锻件壁厚为Bh锻件=83.5，高度约有35mm轧制量，设定锻件马架扩孔扩到内径约为φ800mm，高度制到约365mm上辗环机轧制。
工步为：毛坯镦粗到高度约370mm,冲孔φ260（此时外径约为φ840），上马架，扩孔至φ800，高度至365(此时外径约为φ1135)，上辗环机轧制至工艺尺寸。
铸造比K=1063/370＋[（840-260）/(1135-800)]×[(1135-800)/(2131-1864)]≈6.3
4） 确定铸造设备及工装
依据锻件形状尺寸，和现有设备，选择3150T液压机、RAM3500辗环机。工装：上、下平砧、φ260、φ280冲头、马架、φ250马杠等。
5） 确定铸造温度范围等
45钢始锻温度为1200℃，终锻温度为800℃。
锻件复杂系数，依据JB/T8178.2-1888《水压机上自由锻件 复杂程度分类及折合系数》确定为Ｉ级。锻后冷却为空冷，锻后热处理采取正火即可。在辗环立即结束阶段，采取高压水清理锻件表面氧化皮，确保锻件表面质量。
6） 填写工艺卡片（从略）。

8.7.2.台阶轴类锻件自由铸造工艺规程编制
该零件材质为42CrMoA,零件粗加工交货，零件图图8.14所表示。锻件要求按JB/ZQ 4000.7《锻件通用技术要求》V级锻件制造并验收。

图8.14 台阶轴交货图
1） 设计锻件图
因为锻件要求按JB/ZQ 4000.