锻造工艺学3锻造的热规范课件.pptx

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1、1,第三章 锻造的热规范,2,3-1 锻前加热,一、加热的目的 提高金属的塑性，降低其变形抗力。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）,回复与再结晶,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。,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,5,二、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

2、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、铜）缺点：加热质量差，热效率低，劳动条件差,6,火焰加热,7,火焰加热,8,2、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,9,电加热分类、各自的应用范围,高频：100K-1000K Hz 工频：50 Hz 中频：500-10K Hz,10,3-2 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,11,一、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

3、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。,12,13,1、氧化的危害,造成金属烧损，每加热一次烧损1.5-3%增加清理工序及清理设备影响锻件质量及尺寸精度降低模具寿命、降低切削刀具寿命,14,2、影响氧化的因素,加热温度：温度越高氧化越重；加热时间：加热时间越长，氧化越严重；炉气成份：氧化性、中性、还原性气氛；钢本身的几何形状：表面积大则氧化重；钢的化学成份,15,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

4、量为13-20%则几乎无氧化。,16,3、防止氧化的措施,氧化需要时间和氧化性气氛快速加热保护介质加热,17,二、脱碳,加热时钢料表面的 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,18,1、脱碳的危害,使锻件表面变软，强度和耐磨性降低,19,2、影响脱碳的因素,加热温度：随温度升高，脱碳速度增加；加热时间：时间越长，脱碳层越厚；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

5、增加可减少脱碳。钢的化学成份,20,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。,21,3、防止脱碳的措施,脱碳需要时间和氧化性气氛 快速加热 保护介质加热,22,三、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。,23,1、过热的危害,力学性能降低（尤其是冲击韧性ak）,24,2、挽救措施,二次锻造 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、反复淬火）来消除。,25,3、防止过热的措施,严格控制加热温度 尽量缩短高温保温时间 锻造时要有足够的塑

6、性变形量,26,四、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。,27,1、过烧的危害,晶粒之间失去联系，材料失去塑性和强度,28,2、防止过烧的措施,遵守加热规范 控制加热温度 特别要控制出炉温度及在高温时的停留时间,29,五、裂纹（受力导致开裂）开裂原因？,1、温度应力 2、组织应力3、残余应力,30,1、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）。,31,2、组织应力（相

7、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。,32,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。,33,34,3、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。,35,注 意：1）钢料加

8、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。,36,3-3 金属的加热规范,37,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,38,3-4 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,39,温度，T,碳钢,铸铁,共晶点,0.15,铁素体,珠光体,40,一、始锻温度 保证无过烧；低于固

9、相线150-250；考虑材料种类（钢锭、钢材）考虑打击速度（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。,41,二、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。,42,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。,43,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。,

10、44,45,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？,46,3-5 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的不同,47,二、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：,48,49,50,3、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。,51,2、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

11、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,52,53,3、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。,54,三、锻件冷却规范,锻件合金化程度越高，冷却速度应该越慢（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,55,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）,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,57,上一章当前：第三章下一章,感恩您的聆听！,