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第二篇热锻工艺与模锻设计第九章热锻工艺概述 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。、锻造生产的分类和特点：1、分类：热锻温度温锻冷锻（室温）手工锻造 自由锻按作用力的来源锤上模锻、摩擦压力机上模锻 热模锻压力机上模锻机械锻造 水平锻机匕模锻水压机上模锻其它专用设备上模锻胎模锻特种锻造2、造生产的特点、锻造能改善金属的组织，提高金属的力学性能和物理性能;-、节约金属材料和切削加工工时；、具有较高的劳动生产率；、锻造有很大的灵活性。三、锻造生产的重要性:国防工业中飞机上的锻件质量占85%,坦克上的锻件 量占70%；大炮、枪支的大部分零件都是锻造而成的。机床制造，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。、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。、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。、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。、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 了讯发展：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、镉锻和挤压等，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：、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。、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。3、目前我国锻造行业的任务、提高人型锻，件与合金切锻件的质量和锻造生产的 机械化与自动化程度；、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；、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；、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、乙快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、月的：提高金属塑性、降低变形抗力、使之易于流动成形并获 良山勺锻后组织。二、/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。-、感应电加热(图9 2)I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 用卧交变涡流。由于涡流和磁化发热,便直接将金属毛坯加热,图频加被7=105-106Hz)按所用电流频率不同分为.中频加热(/=500-10000星),工频加热7=50%)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一自动化，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。、接触电加热（图93）以低压上电流直接诵入金属毛坯,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。、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 对海的方式来加热金属毛坯。金属电热体有：铁铭铝合金（C r25AI5、C r 17 Al5、C r13Al4）和银铭合金（C r20Ni8 0、C rl5Ni6 0）,做成线状或 带状，使用温度一般在1100C以下；非金属电热体：碳化硅、二硅化铝，制成棒状，使用温度可高达1350 c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工J、氧化:钢料加热到高温时，其表层中的Fe元素与氧化性 休（。2、C O2、出0、S O?）发生化学反应，使钢坯表层 氧花皮的琬象麻为氧化（戢烧损）。Fe+l/2O2 o FeOFe+C O2 FeO+C OFe+H20。FeO+H2FeO+1/2 02。Fe 3O42Fe 3O4+1/2 02 O 3Fe2o3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 料在加热时，其表层的碳和炉气中的氧化性气体(。八 景。2、匕0等)及某些还原性气体(%)发生化学反应,造成毛坯表层的含碳量减少，称为“脱碳”。=6 Fe+2C 0O2H22OO2+2 H C C+7 c c C F e e e 3 F F F 3Fe+C H43Fe+C O+H23Fe+2C 0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 但长,会引知前忑6旦蛤迅速长大，即为“过热”。次品 一机械性能（尤其是冲击韧性）的降低。实践2Hl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1 界，破坏了晶间E废品工物质开始熔化，氧化性气体渗入晶 过烧。危害：强度和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。5、裂纹 毛坯的加排寸程中.由于L、表层与心部温度的差异造成的温度应力；、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）；、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、机的锻造温度范围：开始锻造温度（始锻温度）与结束锻造温 赏d锻温度）乏而为一段温度区回。二、确定锻造温度范的原则：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:、保证在锻造温度范围内，金属的塑性较好；、保证获得良好的锻件质量（包括内部组织和机械性能）；、保证在锻造温度范围内，金属的变形抗力较小；、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、|平衡图为基础，参看塑性图、抗力图和再结晶立体图，-驮 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一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。一般应低于铁一碳W图的固相线（或熔点）150250 C。39z5o在有些情况 还应考虑坯料的原始组织、锻造方式和变形工艺等因素.、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2050C o、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。、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L5,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J 要保证钢在终锻前具有足够的塑性，又要使锻件能够获总好的阳阳庭育巳 钢的名锻潟度应高干再结晶温度,以保 F锻后再结晶完全，使锻件得包细晶粒组织。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:、对碳钢而言，从平衡图可知，GS E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1550C。、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默体。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A 1线以 上50 100o 另外，终锻温度的确定有时还与不同钢种、锻造工序和后续 工产等有关：于无相变的钢种，由于不能用热处理的方法细化晶粒,只 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。、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5 0-8 0 o、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A 3线。见表9 1六、钢的加热规范 如热规范是指金属从装炉开始到结束加热的整个过程中,l子温度和金属温度随时间变化的规定。疆内容有：装炉温度、加热各个阶段炉子的升温速度、各个阶段加热（保温）时间和总的加热时间、以及最终 加热温度、允许的加热不均匀性和温度头等。制定加热规范的原则：在保证毛坯加热质量前提下，缩 短加热时间和节省燃料，力求加热过程越快越好。常见的多口热规范有一五段加热：见表9 31、装炉温度常装炉温度对导热性好及断面尺寸小的钢料影响不大。考虑向炉潟度）但对导热性差及断面尺寸大的钢料，则应限制装炉温度，尤其对大钢锭及高合金钢，除限制装炉温度外，还应在该 温度下进行保温。因为在开始预热阶段，钢料温度低、塑 性差，而且在200400c范围内存在兰脆区。但在450 以后，塑性指标6、显著提高，而和00.2逐渐 降低。所以，一般高速刷的装炉温度为450600,高 镒钢为400450确定装炉温度可参考有关经验资料与实验数据。2、加热速度 可能的最大的加热速度（快速加热）：炉子以最大的供热能力加热 畤&达到的加热速度；金属累许的加热速度：金属在加热时不产生加热裂纹的加热速度。-、快速加热的优点：快速加热就是较大地提高炉温，把室温的钢料直接放到高 温炉中加热。一般把炉温升高到14001500,有的甚至达 到1600,由于温度头（炉温与坯料表面的温差）超过一般的 34倍，加热时间大大缩短。经过快速加热的钢料，具有晶粒 小塑性高的优点，这是因为金属在高温阶段的时间短，晶间非金 属杂质来不及大量聚集的缘故。另外快速加热时氧化和脱碳少。由于快速加热缩短了加热时间，提高了产品质量，减少了工具磨 损和燃料消耗，从而带来了巨大的经济效益。在低温阶段（约在8 00c前），炉温与毛坯表面温度间的差别很 大，这时的加热速度可能达到最大值，由此引起的温度应力也可 能最大。同时，由于钢料在低温时的塑性较差，特别是有蓝脆温 度F及原有残余应力的存在，因此，钢在这个阶段产生裂纹的危 最大（这时的快速加热要特别注意）。而在高温阶段，由于 僦I塑性急剧的埴加，温度应力和残余应力逐渐得到消除，产生 裂纹的危险性也就大为减少，因此，可以用最快的加热速度加热。实践证明，只有加热导热性很差的高碳钢、高合金钢或断面尺寸 较大的钢锭，因为产生裂纹的可能性较大，所以需要低温预热，要待塑性提高和产生裂纹的危险性消除以后，方可用最大的、技 术上所能达到的加热速度来加热。对于那些导热性较好的低碳钢、低合金钢或断面尺寸较小的钢锭，均可不经预热，而直接装入炉 温等于或高于始锻温度的炉内，以最大的加热速度进行加热。、提高加热速度可采取的措施：首先，提高炉温，采用快速加热，尽量减少损失；其次，合理布 排炉内金属，使其尽可能达到多面加热；再次，合理设计炉膛尺 寸，特别是炉膛高度，造成炉内强烈循环，增加辐射换热及对流 换热等。3、均热保温:.A、装炉温度下的保温，目的是防止金属在加热过程中，因 度应力而也被环，特别是钢在200400 c的兰脆破坏。、700850 C的保温，目的是为了减少前段加热后钢 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。对于有相变的钢，当其几何尺 寸较大时，为了不至因相变吸热使内外温差过大，更需要第 II段保温。、终锻温度下保温，目的除减少钢料断面上的温差以使温 度均匀外，还可借助扩散作用，使组织均匀化，减小变形的 不均匀。这样不但提高了金属的塑性，而且对提高锻件质量 也有一定的重要意义。如高速钢在ni段下的保温的目的，就 是使碳化物溶于固溶体中，但是对有些钢，如铭钢（GC r 1 5）在高温下容易产生过热。因此在锻造温度下的保温时 间不能太长，否则将产生过热和过烧。4、加热时间、坯料在炉中均匀加热到规定温度所用的时间，它是加，热各不财段保温时间和和温时间的总和,一般按实验 数据和图表确定（课本P 2 5 6举例）。也有按经验 公式确定（略）。七、不同规格钢锭、钢材和钢坯的加热规范.据各种钢材规格大小和化学成分的不同,其加热规范也有 玛不同，现分别讨论如下:-1、加热规范的类型：教材P 257,表9 3。-2、钢锭和大钢坯的加热规范：、冷锭料（装炉时的温度为室温）加热规范：关键是控 制低温阶段（600 c以下）的加热速度：由于各种材料的冷钢锭低温时的导热系数相差很大，因 止匕，同样温度下（有成分偏析）其温度应力相差也很大。另外钢锭在6 00 c以下塑性较差，其心部存在与温度应 力同向的残余应力，如果加热规范不当容易引起钢锭开裂。所以，冷钢锭的加热应按导温性和塑性的大小分组制定相应 的加热规范。-对于大型冷钢锭，还应考虑断面尺寸的影响。因为断面尺寸较 大时 产生的温度应力也较大，因此应限制装炉温度，并且低温阶 段应:爰慢加热。碳素结构钢、合金结构钢的装炉温度为350850 金钢一般在400600 为了减小加热时的温差,可在装城制度下进行保温。当温度高于800 C以后，钢锭已具有一定的 塑性，这时可以采用较快的加热速度。大型钢锭的加热一般采用二 段、三段、四段或五段的加热规范。一般冷锭的加热规范见表4.8对于小型冷锭的加热，由于断面尺寸小，残余应力和加热时产 生的温度应力也较小，因此可以采用快速加热。但对于高合金钢小 锭，为减少开裂现象，一般采用大型冷锭的分段加热规范。裳48冷钢锭加热规范序号锭 钢锭直径(mm)装炉最 高温度(V)装炉温度 下的保温 时 间(h)在锻造温度干的最短保温时间(可装炉方式1上 部T部000f 13学阿11.644038610001.01-52.0!.432.551746410001.02.02.53.643.055750710001.52.0253453.55875331000152.03.564,0614内Q3/9501.52.53.A4.574.56455879501.52.53.54.585.05686049501.52.53.54596.0-066479002.0,3.04.0S.0107.0二36819002.03.04.05.011807827209002.03.04.05.0129.0蓝78068502-53.55.07.0311.0357800 _ _8502.5n；5.P7.01注:适用纲号34 C rM(M2C rMo,5 QMnM。,34 C rNilMo,4 2SiMnMo.6 vSiMnMoJ3C r5 McV,isC rMiM；v?am工烫户予A W+i、采用热锭料（炼钢车间浇铸的钢锭直接保温送到锻造车间装炉加热其装炉时的表面温度不低于5506 50C）加热的优点：但避免产生残余应力和降低温度应力，而且缩短加热时间,减丽化损失及燃料消耗，避免钢锭冷却产生缺陷,提高炉子生产 率。一般装炉温度约为8001200 C（生产中应尽量采用）。热钢锭的加热规范，主要取决于它的断面尺寸，而与它的化学成分无关。原因是：i）、各种钢料高温时的导温系数很接近，因此各钢种的热锭 和热钢坯可以使用同一加热规范；ii）、热锭装炉时的心部温度高于表面（高出300 左右），当开始加热时，表面温度升高，而心部则继续降低，因而断面温差 小，相应的温度应力也小。当温度继续提高，断面温差虽然有所增 大，但这时钢锭已具有较高的塑性，温度应力的危险性不大，故对 钢锭加热可不限制装炉温度和升温速度，可按最大加热速度加热至 所规定的最高温度。但是，当钢锭达到最高温度后，必须进行长时间保温，使其 均匀热透。热锭料加热规范见表49。表4-9热钥触热舞流直径在锻造温度下的景期保温时间Q)S(mm)/号装炉方，式(t)上部：T 餐;0000 0015.06636042.53.04.028.07827203.04.050311.0857.S003.54.55.5416.0966904i 4.0；S.5：6.5518-2010259S0456.07.02224(109710295.06.585726-3312181140607.59.5834-42135212657.08.510.59；4352%US5 113578.0!10012.01053-641547145010.0 112.0U.01167-771649153912.0U.517.01279-88175016305 13.016.018.01391-10518391717-14.017.019.51411012019401811I 16.019.01512514520S0192117.020.53、钢材或中小钢坯的加热规范-木部分中小模锻件和自由锻件多采用钢材或中小钢坯作为原材 蛆 特点是尺寸较小,经过了初期的压力加工成形（钢锭锻造成或轧制徐疯母等等 其强度和塑性得到了提高,同时消除或 了残余应力，因此加热时不易产生破坏。其加热规范的特 点如下：、可高温装炉，快速加热。、这类原材料当加热到始锻温度后可不保温而立即出炉锻造C、始锻温度可以稍许超过其过热温度，这样有利于降低变形 抗力和提高金属的塑性，有利于金属流动成形，另外，当操作 速度较快，温降较小时，其终锻温度较高，可进行余热热处理C 所以：、对于断面尺寸在150200mm以下的碳素结构钢和直 径小于100mm的合金结构钢，可按最大可能的加热速度加热，采用一段加热规范，炉子温度通常为13001350o、断面尺寸在200300mm,含碳量大于0.45%的碳 素钢和合金结构钢的钢坯，采用三段加热规范。一第五节少无氧化加热少氧化或无氧化加热是广泛用于精密成形工艺的一种加热方 法。它不但可以减少金属的氧化烧损（烧损量小于0.5%）,提高 加热质量，而且还可以提高锻件的尺寸精度和表面光洁度，以及 模具的使用寿命等。因此，它是现代化加热技术的发展方向。实现少无氧化加热的主要方法有：快速加热、介质保护加热、少无氧化火焰加热等。一、快速加热：采用技术上允许的加热速度来加热金属。二、介质保护加热：通过保护介质把金属坯料与氧化性炉气隔开而漏青F热。_*保护介质:、气体介质：惰性气体、石油液化气、利用燃料不完全燃烧所 产生的保护气体等。、液体介质：熔融玻璃、熔融盐。、固体介质：玻璃粉、法琅粉、石墨粉、金属粉。2、利用某些保护介质进行少无氧化加热的方法：、在马弗炉中通保护气体加热：高温炉气在马弗管外加热马 马弗管通过辐射传热间接加热管内的金属坯料，这样使坯料 性炉气隔开，并且向管内不断地通保护气体，从而实现少无热。马弗管通常用碳化硅、刚玉等材料制成,其厚度为253 0 mmo乎用的保护气体：不完全燃烧的煤气、天然气、石油液化气或 分解氨。苗种保护加热的不足：在坯料出炉后的锻造过程中，表面 还会产生二次氧化，而且其应用也局限于小锻件的少无氧化加热。、在玻璃浴炉中加热：在炉的凹形炉底装有熔融玻璃，当坯料 连续推过高温玻璃液后便被加热，由于玻璃液的保护作用，坯料加 热过程不会氧化，而且坯料推过玻璃液后，在其表面附着一层薄玻 唾 它不但能防止坯料产生二次氧化，而且在锻造成形时还能起 到润作用,玻璃液一般采用硅酸盐玻璃熔体,这种玻璃液体来源 广、Em氐、加热温度范围大。对高合金钢、银基合金及钛合金，可采用碱性低的硼硅酸盐玻璃熔体。优点：防止氧化和脱碳的效果好，加热速度快、加热均匀、操 作简单、成本低。缺点：应用范闱也仅适于小锻件的少无氧化加热。、坯料表面涂敷保护涂层加热：_|坯料表面均匀涂敷一层保护涂料（如玻璃粉等），当加热时，随温，度的升高，保护涂层逐渐熔融,形成一层不透气的致密薄 西固地与坯料表层粘在一起，从而达到把坯料与氧化性炉气隔 开的目的。坯料加热完毕后，在锻造过程中保护涂层不但可以防 止二次氧化，还能起到润滑的作用。保护涂层：玻璃状（法琅）涂层，玻璃陶瓷涂层，玻璃金属 涂层，金属涂层等。其中玻璃状涂层应用最广，它采用一定的玻璃粉加少量稳定 剂、粘结剂和水配成的悬浮液，涂敷在坯料表面而成。玻璃粉有 硅酸盐玻璃粉，硼硅酸盐玻璃粉等。前者的主要成分是S i。?，后 者为S i。2和B2O2，此外还有Na2。、K20 MgO、C aO AI2O3等。稳定 剂可用粘土或膨润土。粘结剂可用乳胶、水玻璃或亚硫酸盐。三、少无氧化火焰加热通过控制燃烧炉气的性质，使钢料在有利的气氛中加热，防止其 产生严重的氧化与脱碳，从而实现少无氧化加热。无氧化火焰加热原理:金属坯料在火焰炉中加热时，由于。2，C O2和H2。与金属表面接触而发生氧化与脱碳：2FeO3Fe+C 0?FeO+C O 3Fe+2C 0FeO+H22Fe+0?O Fe3C+02。Fe+C 0?Fe3c+C 02 Fe+H20左边反应式是可逆反应，向右是 氧化反应，向左是还原反应。当 C O和H/的浓度增加，平衡便 向还原反应进行，于是FeO得到 了还原，减少了金属氧化。这时 必须减少空气量。但减少空气量 后燃料不能完全燃烧，所产生的 热量不能使炉气达到锻造所需要Fe3c+H203Fe+C O+H2的高温，因此，要将空气预热。有时空气必须预热到8 900c 02、敞焰少无氧化加热方法燃料在同一炉膛内分两个阶段燃烧，形成气氛不同的上下两层:下部为低温无氧化还原性炉气区，钢材不被氧化；上部则为高温氧化 产于炉膛上部通入经预热的二次空气，燃烧充分完全燃烧,的热能，透过炉膛下部的保护气层,对钢料进行辐射传热,使其达到锻造温度，从而实现少无氧化加热，只产生少量氧化，其 烧损量低于0.3%或0.2%。优点：炉子制造简单,加热成本低，坯料适 应性大。缺点：防止脱碳的 效果不好。3、平焰少无氧化加热利用平焰烧嘴的燃烧特点来实现对钢料的少无氧化加热。平焰烧嘴的特点是:当空气沿切线进入烧嘴后，经螺旋导流叶片而 高速旋转，在表面光滑的喇叭状燃坑道内，气流以不变的速度和流 股沿断面旋转向前。当气流的径向速度大于轴向速度的L5倍时，进 到炉膛的气流由于离心作用，沿着炉壁四周扩散，形成紧贴炉壁表 面的平展气流。而从煤气管口喷出来的天然气，依靠由旋转空气造 成的负压，被吸入平展气流处边混合边燃烧，在炉壁表面形成园饼 状平火焰。由于其对炉墙表面的传热急剧增强，因而使烧嘴所在的 炉墙成为高温的辐射源，辐射传热得到加强。随着加热炉温和空气 预热温度的提高，形成稳定平焰的空气过剩系数将减小。从而实现 少无氧化加热。第六节 热锻设备、芈锻设备胃最、水压二、模锻设备：模锻锤、热模锻压力机、摩擦压力机、平锻机。从模锻的发展趋势看，压力机上模锻将逐步代替锤上模锻。因 为压力机上模锻相对于锤上模锻来说，锻件尺寸较精确，生产效率 高，劳动条件好，便于实现机械化，自动化。|图3-3-3 双柱式蒸汽一空气自由锻锤1砧座2一下砧 3一上砧4一锤头5锤杆.式蒸汽一空气自由锻锤 6汽缸7活塞8滑阀9节气阀10锤身1图 3-3-28对击锤的工作）理图1活塞 2一汽缸3 一上锤头 4纲带 5下锤头107图3-3-101砧座 2模座6一锤杆 7活塞11 一节汽阀14一杠杆蒸汽一空气模锻锤3一下模 4立柱 5导轨8一汽缸 9保险缸 10一滑阀12一汽缸底板 13一曲杆15一锤头 16一踏板4模具第十章 自由锻造工艺自枯造工艺特点：用工具简单，通用性强，灵活性大,适合单件和小批量锻 件的生产。、自由锻件工具只与毛坯部分接触，所需设备功率比模锻要小 得多，所以自由锻也适于锻造大型锻件。、能锻造多种多样、变形程度相差很大的锻件。、自由锻是靠人工操作来控制锻件形状和尺寸的，锻件的精度 与操作者的技术程度有很大关系，同时具有效率低，劳动强 度霰夫的特点。第一节 自由锻工序分类b:序：徽粗、拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、弯曲、切 割扭转、锻接等。辅助工序：钢锭倒棱、预压钳把、分段压痕 修整工序：鼓形滚圆、端面平整、弯曲校正第二节 自由锻基本工序分析一徽粗:定义：使毛坯高度减小而横截面增大的成形工序。、徼粗用于;、由横截面积较小的坯料得到横截面积较大而高度较小 的锻件；、冲孔前增大坯料横截面积和平整坯料端面；、提高下一步拔长时的锻造比:、提高锻件的机械性能和减小机械性能的异向性；、反复进行徼粗和拔长可以破碎合金工具钢中的碳化物,并使其均匀分布。3、徼粗工序的主要质量问题和变形流动特点（以园截面坯料为例）、主要质量问题：侧表面易产生纵向或呈45方向的裂纹；-锭料粗后_L、下端常保留铸态组织；高坯料徼粗时常由于失稳而弯曲等。、变形流动特点：一般坯料（H/D=0.82）在平板间徼粗 时，外观呈现鼓形（中间直径大，两端直径小）。通过网格实验（对试件变形前后网格的测量和计算）可以看出徼粗时坯料内部的 变形是不均匀的。变形程度沿轴向和径向的分布如下图：变形区按变形程度大小大致分为三个区:X区域I:、工具与坯料端面之间摩擦力最大，该区变形十分困 难，称为“难变形区”。、在接触面上，由于中心处的金属流动还受到外层的阻碍,愈靠近中心部分受到的摩擦阻力愈大（。2、6大），变形愈困难C、在平板间热徼粗坯料时，与工具结触的上下端金属由于温度降 低快，变形抗力大，变形愈困难。区域n：受摩擦的影响小，温度降低也慢，“大变形区”。应力 状态也有利于变形。区域m：受摩擦的影响小，温度降低稍慢，介于I、n之间，称*“永赤$1ST”3）、从变形流动特点分析产生质量问题的原因、I区金属变形程度小、温度低，故徼粗锭料时此区铸态组织不 易破|触口再结晶，结果仍保留粗大的铸态组织。II区金属变形程度 大、T度高，铸态组织被破碎和再结晶充分,形成细小晶粒的锻态 组织，锭料中部的原有间隙也被焊合了。（内部组织不均匀）、n区变形大，in区变形小，n区金属向外流动时便对ni区金属 作用有径向压应力，并使其在切向受拉应力。愈靠近坯料表面切向 拉应力愈大。当切向拉应力超过材料的强度极限或切向变形超过材 料允许的变形程度时，便引起纵向裂纹。低塑性材料由于抗剪切的 能力弱，常在侧表面产生45。方向的裂纹。、不同高径比尺寸的毛坯进行徼粗时，产生的鼓形特征和内部变 形分布也不同，参见下图。当高径比H/D 3的毛坯进行徼粗时，容易产生纵向弯曲，使变 形失去稳定。控制高径比：圆钢H/D不超过2.53,方形或矩形截 面毛坯的高径比不大于3.54。高径比对锁粗变形的影响4、保证内部组织均匀，防止侧表面裂纹产生应采取的措施：、使用润滑剂和预热工具：徼粗低塑性材料时常用的润滑剂 有：玻璃粉、玻璃棉、石墨粉等，为防止变形金属很快地冷却，徼 粕用工具均应预热200300C。彖采用凹形毛坯：锻造低塑性材料的大型锻件时，徼粗前将 坯料压成凹形（下图），可以明显提高徼粗时允许的变形程度。这是因为凹形坯料徼粗时沿 径向有压应力分量产生，对侧表面的纵向开裂起阻止作用。、采用软金属垫热徼粗大型和较大型的低塑性材料锻件时，在工具和坯料之间 放置卜块温度不低于坯料温度的软金属垫板（一般用碳素钢），变形金属不直接受到工具的作用，由于软垫的变形抗力较低，故先 变形并拉着坯料作径向流动，结果坯料的侧面内凹；当继续徼粗时 软垫直径增大，厚度变薄，温度降低，变形抗力增大，而此时坯料 明显地徼粗，侧面内凹消失，呈现园柱形，再继续徼粗时，最后获 得程度不太大的鼓形。由于徼粗过程中坯料侧面内凹，沿侧表面有压应力分量产生，因 此，产生裂纹的倾向显著降低。又由于坯料上下端面部分也有了较 大的变形，故不再保留铸态组织了。、采用钾徼、迭徼和套环内徼粗:聊锁 预先将坯料端部局部成形，再重击徼粗把内凹部分徼出，然 后铺则柱形。对于小坯料可先将坯料斜放，轻击，旋转打棱成下对于较大的坯料可先用赶铁赶成上右图的形状。迭徽：将两件迭起来徼粗，形成鼓形，然后各自换成下图的形状继 翠徼粗消除鼓形。迭锻不仅能使变形均匀，而且能显著地降低变形不内微粗：在坯料的外围加一个碳钢的外套，靠套环的径向压 成小由于变形不均而引起的附加拉应力。、采用反复徼粗拔长的锻造工艺：使徼粗时困难变形区在拔长时 受到变形，使整个坯料各处变形都比较均匀。5、垫环徼粗Y否在单个垫环上或在两个垫环间进行的徼粗成为垫环徼粗，采 用咆星直径大于环孔直径辙挤。垫环徼粗时，金属可朝两个方向流动，即径向流动和轴向流动。必然存在一个不产生流动的分界面（分流面）。分流面的位置是经 常变动的，与下列因素有关：H/D、d/D、变形程度切、环孔斜度及 摩擦条件等。6、局部徼粗只在毛坯的局部长度（端部或中间）内进行徼粗称为局部徼粗。金属流动特征与平砧徼粗相似，但受不变形部分“刚端”的影响,局部徼粗成形时，毛坯尺寸最好按杆部直径选取，为了避免产生 纵向弯曲，毛坯变形部分高径比应小于2.53二、拔长1、产义：使毛坯横截面减小而长度增加的成形工序称为拔长。轴杆类零件；改善锻件内部质量。3 变形特瓦当毛坯沿轴向逐次送进拔长时，变形相当于一系列徼粗工序的组 合，但还受两端不变形金属的影响。矩形截面拔长时，当相对送进量（进料长度L与宽度a之比，即L/a,也叫进料比）较小时，金属多沿轴向流动，轴向的变形程度加较 大，横向的变形程度&较小；随着L/a的不断增大，仇 逐渐减小，从图中可以看出，在L/a=l处，LSa,即拔长时沿横向流动的金属量少于沿轴向 流动的量；而在自由徼粗时，仇=反,这 是由于拔长时两端不变形金属的影响造成 的，它阻止了变形区金属横向的变形和流 动。4、矩形截面坯料拔长时的生产率：拔长P的生产率与相对压缩程度和进料比有关。Lt压缩程度n：3Eh压缩所需的遍数和总的压缩次数减少，生产率高。但在 实际生产中n受到一定的限制：如果金属的塑性差，反应按金属 塑性所允许的数值确定；如果金属的塑性好，每次的变形程度可以 大些，但是每次压缩后应保证an/hnV2.5,否则，翻转90。再压时，坯 料可能弯曲。、进料比比4当进料比Ja。1小时,仇大，即在同样的相对压缩程度&下，(横截面减小的程度大)，可以减小所需的压缩次数；但是，进料 比小时，对于一定长度的毛坯，压缩一遍所需的送进次数增多。实 际生产中取L=(0.40.8)b,b为平砧的宽度。5、矩形截面拔长时的主要质量问题和变形流动特点。、主要质量问题坏料外部表面横向裂纣，、坯料外部表面角裂、内部组织和性能的不均匀、内部的纵向裂纹、内部的横向裂纹0、变形流动特点及影响拔长质量的工艺因素矩杉截面拔长时内部的变形情况与徼粗相似，但又受两端未变形 部a（外端、刚端）的牵制。拔长时的锻透程度，内外部裂纹及锻 件0颗量J均与拔长时的变形分布和应力状态直接有关,并取决 于摩邕压下量、砧子形状、拔长操作等因素。、送进量的影响；当送进量较大（L0.5h）时，轴心部分变 形大，处于三向压应力状态，有利于焊合坯料内部的孔隙、疏松，而侧表面（切向）受拉应力。当送进量过大（Lh）和压下量也很 大时，此处可能因展宽过多而产生较大的拉应力引起开裂。同时，由于轴心区金属的变形显著，受刚端及工具摩擦的影响,外层金属是被拉着伸长的。与外端相接近的部分受拉应力最大，变 形也越大，因而容易在此处产生表面横向裂纹。同时，在边角部分，由于冷却较快，塑性降低，更易开裂。高 合金钢和某些耐热合金拔长时，常易产生角裂，操作时需注意经常 倒角。拔长高合金工具钢时，当送进量较大，并且在坯料同一部分反复重击时，常易沿对角线产生裂纹。这是因为坯料被压缩时，沿横截面上金属流动的情况如下图所示,A区（困难变形区）金属带着靠着它的a区金属向轴心方向移动，B 区金属带着靠着它的b区金属向增宽方向流动，a、b两区的金属向 着两个相反的方向流动，当坯料翻转90。再锻打时，a、b两区调换 了一下，但其金属的流动仍沿着两个相反的方向，因而D D i和E E 1便 成为两部分金属最大的相对移动线，在D D i和E E 1线附近金属的变形 最大，反复翻转锻打时，a、b两区的金属剧烈的变形产生很大的热 量，使两区温度剧升，很快过热，甚至发生局部融化现象，在剪应 力作用下，很快沿对角线产生破坏；坯料质量不好，加热时间较短,内部温度较低，或打击过重时，由于沿对角线上金属流动过于剧烈,产生严重的加工硬化现象，也促使金属很快地沿对角线开裂。L0.5h时，坯料内部的变形也是不均匀的，上部和下部变形大，中部宓形小，中间部分锻不透，轴心部分沿轴向受附加拉应力，轴 心部分原有的缺陷进一步扩大，易产生内部横向裂纹。考虑送进量对拔K效率和锻件质量两方面的影响,一般认 为,相对送进量L/h=0.50.8较为合适，或绝对送进量取1=(0.4 0.8)b,b为砧宽。、压下量的影响拔长时增大压下量，不但可以提高生产率，还可强化心部变形,有利于锻合内部缺陷。因此，只要钢的塑性允许，应尽量采用大压 下量拔长。但压下量也不是无止境的大，与变形工艺有关；为了避 免锻件产生折叠，单边压下h/2应小于送进量L；还要考虑毛坯翻 转90。后拔长不产生弯曲，毛坯每次压下后的宽高比应小于2.53.0o图1-28 拔长时产生折迭的过程、砧子形状的影响:形砧拔长时，毛坯的变形程度最大，又处于强烈的三向压应 1能够很好锻合心部缺陷，且拔长效率也高，毛坯轴线不会上平下V形砧拔长时，最大的变形区不在毛