隔环锻造工艺分析及模具设计

隔环锻造工艺分析及模具设计摘要：采用自由锻可以减少生产时间，降低生产成本，提高生产效率，胎模锻可以减轻工人的劳动强度，使锻件的质量和产量进一步提高，降低金属的的消耗，工艺操作灵活，制造经济简便，可在一种锻锤上锻出形状较复杂的锻件。本设计详细的论述了自由锻，胎模锻的全过程。自由锻（含胎模锻）是指借助简单的工具，如锤、砧、型砧、摔子、冲子、型铁等对铸锭或棒材进行镦粗、拔长、弯曲、冲孔、扩孔等方式生产零件毛坯，胎模是在自由锻锤上采用活动锻模进行模锻生产的一种工艺方法。隔环是一个形状比较简单的环形件，所用的材料时45号钢，而且是一定尺寸的圆钢。需要的工序有镦粗-胎模锻。经工艺计算和分析确定了合理的锻造工艺方案，提出了选用自由锻方法将坯料预锻成接近锻件的形状，然后在胎模中最终锻制成形。在自由锻前要经过尺寸计算得到坯料的尺寸和质量，采用锯切的方法将圆钢以一定的尺寸下料，选用接触电加热炉将坯料加热。然后经过各个锻造工序最终将毛坯锻造成锻件。关键词：隔环；自由锻；镦粗、胎模IEveryringforgingprocessanalysisanddiedesignAbstract:Usingfreeforgingcanreduceproductiontime,reduceproductioncost,improveproductionefficiency,tiredieforgingcanreducethelaborintensityofworkers,theforgingqualityandproductiontofurtherimprove,reducetheconsumptionofmetalcraftoperationisflexibleandconvenientmanufacturingeconomy,canbeinaforginghammerforgingshapemorecomplexforging.Thisdesigndetaileddiscussesthefreeforging,tiredieforgingprocess.Freeforging(includingtiredieforging)referstousingsimpletools,suchashammer,anvil,anvil,child,punch,suchasironingotorbarforupsetting,drawingout,bending,punching,expandingproductionpartsblank,tiremoldisonfreeforginghammerforgingdieforgingproductionusingactivityofakindoftechnologicalprocess.Spacerringisaringshapeissimple,thematerialof45#steel,anditisofacertainsize.Needtoprocesshaveaupsetting-dieforging.Theprocesscalculationandanalysistodeterminethereasonableforgingprocessscheme,putsforwardamethodtochoosethefreeforgingbilletpreforgingintoclosetotheshapeoftheforgings,andthenfinalforgingismadeinthetiremold.Shouldpassbeforefreeforgingsizetocalculatethesizeandqualityofthebillet,adoptthemethodofsawingmaterialswillroundsteeltoacertainsize,selectionofelectricalcontactheatthebilletheatingfurnace.Andthenthroughthevariousforgingprocesswillendupblankforgingforgings.Keywords:distancering;Freeforging;Upsetting,tiremoldII目录1前言.11.1锻造的概念、种类、特性及运领用域.11.1.1锻造的概念.11.1.2锻造的分类.11.1.3锻造加工的特性及应用领域.11.2锻压技术的历史与发展.22零件图.33根据零件图及尺寸计算锻件图的尺寸.44绘制锻件图.45确定变形工序及工具。.56坯料质量和尺寸的计算.97钢加热时的性能变化.107.1加热对钢的力学性能的影响.107.2加热过程中的氧化.107.2.1氧化形式.107.2.2影响氧化的因素.107.2.3防止和减少氧化的措施.127.3加热过程中的脱碳.127.4加热过程中的过热或者过烧.127.4.1过热.127.4.2过烧.137.4.4加热过程中金属内部的裂纹.148钢的加热规范及锻造温度范围.148.1加热规范的内容.148.1.1加热温度.158.1.2加热速度.158.1.3加热时间.158.2加热规范的类型.178.3钢加热的规范.188.3.1钢锭加热的规范.188.3.2钢材的的加热规范.198.3.3加热规范的确定.208.3.4加热温度的测定.208.3.5钢的锻造温度范围.229锻造用的材料.249.1钢锭内部组织结构.249.2大型钢锭的主要缺陷.249.2.1偏析.259.2.2夹杂.259.2.3气体.259.2.4缩孔与疏松.269.3型材的常见缺陷.269.3.1划痕.269.3.2折叠.279.3.3发裂.279.3.4结疤.279.3.5碳化物偏析.279.3.6白点.279.3.7非金属夹杂.289.3.8粗晶环.2810下料.2810.1剪切.2810.2冷折法.3010.3锯切.3010.4气割.3110.5砂轮切割.3111加热炉的选择与分析.3211.1燃料加热.3211.2电加热.3211.3加热炉的选择.3312设备的选择与分析.3412.1螺旋压力机吨位的确定.3412.2压力机型号和参数的选择.3513编写零件的机加工工艺卡及工序卡.35结论.43参考文献.44致谢.4501前言1.1锻造的概念、种类、特性及运领用域1.1.1锻造的概念锻造是一种利用锻压设备对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，锻压（锻造与冲压）的两大组成部分之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材质的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。1.1.2锻造的分类(1)自由锻利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁（砧块）间产生变形以获得所需锻件，主要有手工锻造和机械锻造两种。(2)模锻模锻又分为开式模锻和闭式模锻金属坯料在具有一定形状的锻模膛内受压变形而获得锻件，又可分为冷镦、辊锻、径向锻造和挤压等等。按变形温度锻造又可分为热锻（锻造温度高于坯料金属的再结晶温度）、温锻（锻造温度低于金属的再结晶温度）和冷锻（常温）。钢的再结晶温度约为460，但普遍采用800作为划分线，高于800的是热锻；在300800之间称为温锻或半热锻。（3）胎模锻胎模锻是在自由锻锤上采用活动锻模（胎模）进行锻造生产的一种工艺方法。胎模锻是在自由锻的基础上发展起来的，进一步又形成了模锻工艺，因此它是介于两者之间的一种工艺形式。一般胎模锻先用自由锻方法把坯料预锻成接近锻件形状、然后在胎模中最终锻制成形，故它兼有自由锻和模锻的特点。1.1.3锻造加工的特性及应用领域锻造可以改变金属组织，提高金属性能。铸锭经过热锻压后，原来的铸态疏松、1孔隙、微裂等被压实或焊合；原来的枝状结晶被打碎，使晶粒变细；同时改变原来的碳化物偏析和不均匀分布，使组织均匀，从而获得内部密实、均匀、细微、综合性能好、使用可靠的锻件。锻件经热锻变形后，金属呈现纤维组织；经冷锻变形后，金属晶体呈有序性。锻造是使金属进行塑性流动而制成所需形状的工件。金属受外力产生塑性流动后体积不变，而且金属总是向阻力最小的部分流动。生产中，常根据这些规律控制工件形状，实现镦粗拔长、扩孔、弯曲等变形。锻造出的工件尺寸精确、有利于组织批量生产。模锻、挤压、冲压等应用模具成形的尺寸精确、稳定。可采用高效锻压机械和自动锻压生产线，组织专业化大批量或大量生产。锻造的生产过程包括成形前的锻坯下料、锻坯加热和预处理；成形后工件的热处理、清理、校正和检验。常用的锻压设备有锻锤、液压机和机械压力机。锻锤具有较大的冲击速度，利于金属塑性流动，但会产生震动；液压机用静力锻造，有利于锻透金属和改善组织，工作平稳，但生产率低；机械压力机行程固定，易于实现机械化和自动化。未来锻造工艺将向提高锻压件的内在质量、发展精密锻造和精密冲压技术、研制生产率和自动化程度更高的锻造设备和锻造生产线、发展柔性锻造成形系统、发展新型锻造材料和锻造加工方法等方面发展。提高锻造件的内在质量，主要是提高它们的机械性能(强度、塑性、韧性、疲劳强度)和可靠度。这需要更好地应用金属塑性变形理论；应用内在质量更好的材料；正确进行锻前加热和锻造热处理；更严格和更广泛地对锻压件进行无损探伤。少、无切削加工是机械工业提高材料利用率、提高劳动生产率和降低能源消耗的最重要的措施和方向。锻坯少、无氧化加热，以及高硬、耐磨、长寿模具材料和表面处理方法的发展，将有利于精密锻造、精密冲压的扩大应用。1.2锻压技术的历史与发展人类在新石器时代末期，已开始以锤击天然红铜来制造装饰品和小用品。中国约在公元前2000多年已应用冷锻工艺制造工具，如甘肃武威皇娘娘台齐家文化遗址出土的红铜器物，就有明显的锤击痕迹。商代中期用陨铁制造武器，采用了加热锻造2工艺。春秋后期出现的快速炼铁，就是经过反复加热锻造以挤出氧化物夹杂并成形的。最初，人们靠抡锤进行锻造，后来出现通过人拉绳索和滑车来提起重锤再自由落下的方法锻打坯料。14世纪以后出现了畜力和水力落锤锻造。1842年，英国的内史密斯制成第一台蒸汽锤，使锻造进入应用动力的时代。以后陆续出现锻造水压机、电机驱动的夹板锤、空气锻锤和机械压力机。夹板锤最早应用于美国内战(18611865)期间，用以模锻武器的零件，随后在欧洲出现了蒸汽模锻锤，模锻工艺逐渐推广。到19世纪末已形成近代锻压机械的基本门类。20世纪初期，随着汽车开始大量生产，热模锻迅速发展，成为锻造的主要工艺。20世纪中期，热模锻压力机、平锻机和无砧锻锤逐渐取代了普通锻锤，提高了生产率，减小了振动和噪声。随着锻坯少无氧化加热技术、高精度和高寿命模具、热挤压，成形轧制等新锻造工艺和锻造操作机、机械手以及自动锻造生产线的发展，锻造生产的效率和经济效益不断提高。冷锻的出现先于热锻。早期的红铜、金、银薄片和硬币都是冷锻的。冷锻在机械制造中的应用到20世纪方得到推广，冷镦、冷挤压、径向锻造、摆动辗压等相继发展，逐渐形成能生产不需切削加工的精密制件的高效锻造工艺。早期的冲压只利用铲、剪、冲头、手锤、砧座等简单工具，通过手工剪切、冲孔、铲凿、敲击使金属板材(主要是铜或铜合金板等)成形，从而制造锣、铙、钹等乐器和罐类器具。随着中、厚板材产量的增长和冲压液压机和机械压力机的发展，冲压加工也在19世纪中期开始机械化。1905年美国开始生产成卷的热连轧窄带钢，1926年开始生产宽带钢，以后又出现冷连轧带钢。同时，板、带材产量增加，质量提高，成本降低。结合船舶、铁路车辆、锅炉、容器、汽车、制罐等生产的发展，冲压已成为应用最广泛的成形工艺之2零件图3零件图3根据零件图及尺寸计算锻件图的尺寸该零件图的尺寸D=30mmd=17mmH=15mm（1）查锻压手册得锻件水平方向的双边余量和公差为a=62。（2）锻件高度方向双边余量和公差b=62。以上参数所查的标准使用与零件尺寸符合0.1DHD盘类，或者DH2.5D柱类的自由锻件。求得锻件的的基本尺寸D0=362mmHO=212mm4绘制锻件图4计算得锻件外圆直径尺寸362mm锻件高度尺寸212mm隔环锻件图5确定变形工序及工具。经分析隔环属小型环累锻件外形简单，采用的变形工序为先用自由锻（镦粗）方法将坯料预锻成接近锻件的形状、然后在胎模中最终锻制成形。查锻模设计手册得45号钢的收缩率是1.5H=H0+H01.5=21.315mmD=D0+D01.5=36.54mmh=h0h01.5=6.89mmd=d0+d01.5=14.21mm下模垫凸台顶部倒角半径为5mm下模垫凸台底部倒角半径为2mm5H-模套高度mmD-模套内径mmh-下模垫凸台高度mmd-下模垫凸台直径mmh=14b=22h/b=0.6363l/b=1.27h=7r=14h/r=0.5查实用锻压手册得a=5r=5R=2（1）坯料在上下平砧间或镦粗平板间进行的的镦粗称为平砧镦粗(2)平面镦粗的变形分析。用平砧镦粗圆柱坯料时，随着高度(轴向)的减小，金属不断向四周流动。由于坯料与工具接触存在着摩擦。鐓粗后坯粗侧表面将变成鼓形，同时造成坯料内部变形分布不均匀。通过采用对称面网格法的镦粗实验可以看到网格在镦粗后的变形程度大小，经分析沿坯料对称面可划分三个变形区。区：难度形区，因为该区受端面摩擦影响最大，变形十分困难。区：大变形区，该区受摩擦的影响较小，应力状态有利变形故变形程度最大。区：小变形区，其变形程度介于区和区之间。因鼓形部分存在切向拉应力，容易引起纵向裂纹。（3）不同高径比的坯料镦粗分析：对不同高径比尺寸的坯料进行镦粗时产生的鼓形，鼓形特征和内部变形分布也不同。6镦粗高径比H0/D0=2.51.5的坯料时开始在坯料两端形成双鼓型产生变形区其中区间同前面所述，而坯料中部的区均匀变形该区几乎不受摩擦的影响内部变形均匀，侧面保持圆柱形。镦粗的高径比H0/D0=1.51.0的坯料时，由于开始的双鼓形逐渐向单鼓形过度。镦粗的高径比1.0的坯料时，子产生单鼓形3个变形区。镦粗的高径比H0/D00.5的坯料坯料时由于上下工序变形区相接触，而在继续变形时，该区也产生一定的变形，鼓形也逐渐减小坯料在镦粗过程中，鼓形是不断变化的，其变化规律如图3-10所示，镦粗开始阶段鼓形逐渐增大，当达到最大值后又逐渐减小，如果坯料体积相等高坯料比矮坯料产生的鼓形要大。（4）减小镦粗鼓形的措施。镦粗时，坯料侧面产生鼓形使坯料内部变形不均匀，这必然导致锻件晶粒大小不匀，这必然导致导致锻件锻件晶粒大小不均匀，也使锻件的性能不均匀。而且出现鼓形后，不但要增加整形工序，还可能引起纵裂。这些对于低塑性金属和对晶粒度有严格要求的合金钢锻件影响极大。在镦粗圆盘锻件在锻件中部变形程度很大有利于焊合缺陷得到细晶粒组织，而在锻件两端属于难变形7区，得到粗晶组织，因此为了减小鼓形，提高镦粗是变形均匀性在锻造生产时产生以下措施：使用润滑剂和预热装置，镦粗时变形不均匀都是由于工具与坯料接触面的摩擦影响和与工具接触部分的金属降温快使S引起的故在镦粗低塑性材料时用玻璃粉和石墨粉等润滑剂并把镦粗用工具预热到200300采用凹形坯料，采用凹形坯料镦粗时可以明显提高镦粗时允许的变形程度，这是因为凹形坯料镦粗时径向有压应力分量，对侧表面开裂起阻止作用，并减小鼓形使坯料变形均匀，凹形坯料可以有局部变形获得。采用软金属垫镦粗,坯料放在两个软金属垫之间进行镦粗，软垫比较容易变形流动，对坯料产生的向外主动摩擦力，促使坯料向外流动而不易1形成难变形区，使坯料变形均匀。8采用叠料镦粗和套环内镦粗，叠料镦粗主要用于扁平的圆盘锻件，套环内镦粗主要是在外圆加以碳钢外套，靠套环的径向压力来减小坯料由于变形不均匀而引起的附加压力镦粗后将外套去掉，这种方法主要是应用与镦粗低塑性合金钢。6坯料质量和尺寸的计算（1）坯料质量的的计算G坯=G锻+G烧G锻=VD=0.366kgG烧=G锻3.5=0.012kgG坯=0.3788kg（2）坯料尺寸的计算V坯=G坯/=0.3788/7.85=0.048259D0=(0.81.0)=29.136.4mm3坯VH0=4V坯/D02=68.1mm查阅金属材料手册取D0=30mmH0/DO=2.271.25HO/D02.5符合技术要求。7钢加热时的性能变化7.1加热对钢的力学性能的影响随着钢的加热温度升高，钢的塑性提高，而强度的硬度降低。但加热与力学性能的变化并不是均匀的，当温度在200400范围内，属于钢的蓝脆区。在此区间，是强度极限的高峰值，而塑性缺属于低值区；当温度超过此区时，随温度的升高，会使钢的强度极限下降，塑性缺不断提高，在接近融化点温度时，塑性会急剧下降。所以根据金属材料的塑性进行锻造成型，就是利用其加热过程中强度降低和塑性提高这一特性得以实现。7.2加热过程中的氧化7.2.1氧化形式当钢在加热过程中，尤其在高温时，钢表面层中的铁与加热炉中的氧化性气体如O2、CO2、H2O、SO2等发生剧烈的化学反应，促使钢表面层金属杯氧化，从而形成氧化皮，该现象称为氧化7.2.2影响氧化的因素加热时形成氧化的的主要因素有炉气成分，加热温度，加热时间和钢的化学成分等。10（1）炉气成分的影响炉气成分不同，则产生的氧化程度不同，一般炉气成分可分为以下三种氧化性气体促使金属氧化，并形成较厚的氧化皮。中性气体会使金属表面生成较薄的氧化皮。还原性气体将有可能不产生氧化皮。（2）加热温度的影响钢随着加热温度的升高,氧化速度变快，形成的氧化皮也变厚。而一般情况下温度低于600时，氧化速度很慢，而当温度提高到900以上时，氧化速度就会快速增加。（3）加热时间的的影响加热时间与氧化皮形成正比关系，即钢加热时间越长，则钢的氧化程度越严重，形成氧化皮就越厚。11(4)氧化化学成分的影响在碳的质量分数大于0.3时含碳量的增加与形成氧化的程度成反比，因为含碳量，能在钢表面产生还原性气体（CO),所以能减弱氧化气体对钢表面的氧化。在钢中含有Cr、Ni、Al、Mo等合金元素时，因这些元素在表面形成致密的氧化薄膜，加热时又能牢固地附在钢表面，起到保护作用，从而减少氧化。7.2.3防止和减少氧化的措施（1）钢加热在不产生开裂的前提下，尽量采用快速加热，缩短加热时间，特别是高温阶段的时间。（2）控制炉气成分，尽量防止空气进入，以减少氧化性气体的的含量。（3)在模锻和高合金钢及有色金属的锻造中，采用少无氧加热的措施，应用保护介质的加热方式方法。7.3加热过程中的脱碳由于高温加热时，钢表面层中的碳和炉气中的氧化性气体及某些还原性气体发生化学反应，即造成钢表面含碳量减少，此现象称为脱碳。影响脱碳的因数和防止脱碳的措施和氧化相同。7.4加热过程中的过热或者过烧7.4.1过热当钢加热一定温度时并在此温度停留时间过长，引起金属晶粒急剧长大的现象称为过热。(1)影响过热的因素其主要因数是加热温度和保温时间。如果加热温都过高，12则晶粒就越粗大。一般把晶粒急剧长大的温度称为过热温度。(2)化学成分对过热的影响过热温度与钢的化学成分有关，一般来说，只要加热温度为超过钢的晶粒长大多热温度时，加热时间长短对晶粒粗话并无影响。7.4.2过烧当金属加热温度接近熔点时，金属晶粒间的低熔点物资首先开始融化，同时，由于炉气中的氧化性气体渗入，使晶粒间的物质被氧化，并子啊晶粒周围形成硬壳，破坏了晶粒间的联系，此现象称为过烧。过烧的主要影响因数是温度。为了防止过烧现象的产生，钢的最高加热温度一般应比熔点低100.低碳钢不能超过13001350、中碳钢不能超过11501200、高合金钢和合金钢更容易过烧，加热时需谨慎。137.4.3防止过热或者过烧的措施(1)制定合理的加热规范，并严格执行。(2)应用仪器、仪表正确可靠的掌握炉温。(3)减少和控制炉内空气过剩，高温时应减弱炉内氧化性气体。(4)火焰加热时，应尽可能防止坯料与火焰的距离，避免火焰直接喷射坯料，造成局部过热或者过烧。7.4.4加热过程中金属内部的裂纹在加热时，由于钢锭和钢坯等金属表里温度差，从而形成温度应力。温差越大，所产生的温度应力越大。同时，被加热金属内部组织状态进行转变时，使金属体积发生变化，便形成组织应力。因此组织应力和温度应力的大小同时受加热温度的影响。如果采用超过金属允许的加热温度时，此时两种应力的作用便可能超过金属的抗拉强度，迫使金属内部产生裂纹，导致产品报废。因此为了防止裂纹的产生，应根据不同钢号的材料和截面尺寸，正确合理的制定加热规范，并严格执行加热时采用的低温区缓慢加热，高温区快速加热的方法。8钢的加热规范及锻造温度范围锻造材料的加热时锻造生产工艺中一个必不可少的工序。金属坯料的正确加热方法，必须达到以钢在加热过程中部产生裂纹、过热和过烧，并且温度均匀、氧化脱碳少、加热时间短和节省燃料等为原则来制定合理的加热规范和确定正确的锻造温度范围。8.1加热规范的内容14加热规范是指钢在加热时，从装炉开始到出炉前的整个过程中，对炉温和料温随时间的变化做出规定。一般常用炉温随时间的变化曲线来表示。加热规范的主要内容有装炉温度、加热速度、加热温度、炉温和料温之间的最大差值、各阶段的保温时间和加热过程中的总时间，此外还有装炉量和装炉方式以及其他操作说明。拟定加热规范主要是合理的确定加热温度，加热速度和加热时间。8.1.1加热温度加热温度包括装炉温度和各阶段的保温温度以及出炉温度。（1）装炉温度开始预热阶段，由于钢料温度低，塑性差，同时还存在蓝脆区，为避免温度应力过大而才生裂纹，必须规定钢料装炉时的温度。装炉温度的高低取决温度应力，即钢的导热性和坯料的大小。如果钢的导热性好和断面尺寸小，可以不限装炉温度；反之对导热性差和断面尺寸大的的钢料则因控制装炉温度。（2）保温温度保温的目的在于使钢料热透，时之组织转变完全一致从而提高钢的塑性。保温温度的高低与钢料的性能和坯料的尺寸有关。（3）出炉温度出炉温度是由坯料的始端温度确定。一般出炉温度可比规定的始端温度高一些，因为考虑到从出炉到开始锻造，温度要有一定的下降。8.1.2加热速度加热速度是指金属在加热过程中单位时间内温度升高的度数，或单位时间内金属热透的深度。加热速度可分为加热炉可能的的加热速度和金属允许的加热速度两种。前者是按最大的供热能力升温加热时所决定的加热速度，后者是金属在加热时u产生加热裂纹是的加热速度。一般锻造生产中，在低温阶段因金属塑性较低而升温不应太快，加热速度必须按金属必须按金属允许的加热速度确定。挡在高温时。金属塑性提高，不会产生加热裂纹，则可按炉子可能加热速度加热，一结束加热时间。158.1.3加热时间加热时间是指坯料凯斯加热到达要求温度所需的时间。总加热时间是预热、加热、保温3段时间的的总和。加热时间的确定在生产中常用经验公式和查表两种方法。（1）经验公式计算法由于钢坯计算加热方法误差较大，使用时须结合生产实际甲乙修正。室式炉加热时间计算法室炉=K1D室炉加热时间，h；钢环化学成分因素，碳钢和低碳钢取=10，高碳钢和合金钢取=20；K1钢坯在炉内装炉方式因素。D坯料偶的直径或边长，cm。连续炉加热时间计算法连炉=1D连炉加热时间，h。1钢坯化学成分因素。钢坯的化学成分因素1钢种1值碳素结构钢0.10.5合金结构钢0.150.20工具钢和高合金钢0.300.40（2）查表计算法根据实践经验数据绘制的图表，用查出所需的数值来计算加热时间=K1K2K3碳K1坯料装炉方式系数；K2坯料尺寸系数；K3材质系数；16碳碳钢加热时间。圆形刚材在室式炉中的加热时间T炉-炉子的工作温度；t始-始锻温度8.2加热规范的类型锻造生产中常用的加热规范有一段、二段、三段、四段、和五段的加热规范类17型。冷锭即指钢锭温度为室第一段加热过程中温度不变，处于保温状态第二段由于升温阶段、锻造温度下保温两部分组成第三段由装炉温度下保温、升温、锻造温度保温三个阶段组成第四段由装炉温度保温、缓慢升温、快速升温、锻造温度保温4个阶段组成第五段由装炉温度保温、缓慢升温、相变保温、快速升温、锻造温度下保温5哥阶段组成8.3钢加热的规范因锻造原材料较多，常用大型锻件和开坯的原材料形式为钢锭，钢锭按装炉时18温度可分为冷锭和热锭两种。作为中小型自由锻件和模锻件的原材料形式为钢坯和刚才。因此加热时按原材料形式不同，加热工艺及规范差别不同。所以、必须在制定加热规范时区别对待。8.3.1钢锭加热的规范（1）冷锭加热规范锻造中一般小型钢锭直接装入高炉内加热至锻造温度。对于大型钢锭和高合金钢锭，由于断面尺寸大、加热时表里温差大，钢锭内部缺陷多，塑性差，易产生温度应力与残余应力，以及在这两种应力的共同作用下。易产生加热裂纹，故因限制装炉温度；另外大钢锭的铸态组织和结构部致密，晶界杂志集中、易烧坏，贴别是冷锭的加热，在低温阶段必须限制装炉温度和加热速度。由于天气等原因，冬天加热冷锭时，必须将冷锭运如车间放一段时间，使其温度与室温一致在装炉加热，避免加热时受外界温度过低影响，引起低温脆性从而产生开裂。钢锭加热前的检查比较重要，一旦发现裂纹或其他重要的缺陷，应停止装炉，必须消除缺陷后在装炉加热。冷锭加热规范主要根据材料的塑性、导热性钢锭的断面尺寸来确定。（2）热锭加热规范由于热锭表面温度过高，不仅减少了残余应力和温度应力，还可减少加热时间，因此可以高温装炉，并一最大的加热速度加热。断面尺寸，而与钢的种类无关。为保证钢加热时均匀受热，一般装炉时都应将钢锭垫高约200mm，距离炉墙应大于200mm，离喷火口大于500mm。8.3.2钢材的的加热规范锻造生产中小型自由锻件和模锻件采用中小型钢材作为主要材料。由于尺寸较小，并已经经过一次压力加工（塑性变形，其内部组织均匀的再结晶组织，强度和塑性也得到了提高，并消除铸态的残余应力，一般可直接采用高温装炉加热至锻造温度。常用的型材加热规范如下(1)直接小于150200mm的探索结构钢材和直径小于100mm的合金钢材采用一19般加热规范，控制炉温在13001350(2)直径在200350mm的探索结构钢坯和合金结构钢坯必须采用三段加热规范。开始装炉时炉温控制在11501200范围内，装炉后要进行保护温度，保温时间约占整个加热时间的510，然后，以最大可能的加热速度加热。当温度接近始端温度时进行再次保温，使坯料均热，时间也控制在整个加热时间的510。(3)对导热较差的和热敏感性强的合金钢坯如高铬钢，高速钢，装料时炉温只能在400650范围内，采用低温装炉分段加热的方法。8.3.3加热规范的确定确定加热规范时，必须按材料的类别、尺寸的大小，并查找有关图表，结合生产实际经验进行全面考虑。合理规定涂料时的温度，正确的升温加热速度，对保证料温均匀三个阶段应作出具体的规定，以确保加热质料，满足锻件的要求。8.3.4加热温度的测定金属坯料的加热温度控制得是否得当对锻件质量有很大的影响，尤其是高合金钢和有色金属锻坯，必须更加严格的控制温度，否则会造成废品。因此，正确采用测量方法和断定坯料的加热温度是非常重要的。（1）测量方法锻造生产中常用的测量方法有目测、光学高温仪和点偶高温计3种。金属加热温度的测量与应用测量方法应用范围误差/目测加热温度高于530的黑色金属，多用于普通钢的加热因车间光线和工人经验不同，误差变化较大，但不需要专用仪器，应用较广（2050）20（2）目测光的加热温度因为钢加热到530以上时，表面呈现可见光。温度越高，其颜色越亮。所以根据钢加热时表面光亮颜色不同来判断加热温度高低。目测随时一种简便的测量方法，由于操作的经验不同和目测时光线强弱的影响，误差约为（2050）。钢加热后的火色与温度的对照表（3）仪表测量法热点耦高温计控温正确多用于有色金属及合金钢加热需要专用仪表，测量稍复杂（34）光学高温计用于测量高温和无法安装热点耦时采用测温迅速，误差稍大（1030）全辐射高温计多用于熔炉，盐浴炉，高温窑等场合需要专用显示仪表，调整、使用比热电耦高温计还复杂（1222）光电高温计WDL主要用于测量物体表面的温度WDK用于接触电加热和感应加热（1520）钢问/颜色钢温/颜色530580暗褐色830900淡红色580650赤褐色9001050橘黄色650730暗红色10501150深黄色730770暗樱红色11501250淡黄色770800樱红色12501300黄白色800830亮樱红色21仪表测量方法中有四种仪器可用于测温。根据不同场合而使用不同的测温仪器来满足检查温度的要求。热点耦高温计他是一种接触式仪表，可以测量各种加热温度，使用时要将其插入加热的炉呛内，热店高温计由热电耦、显示仪器和补偿导线组成，热电耦高温计是采用热电效应原理制成，当两种不同的金属组成通路时，因两接触点温度不同，回路产生温差电势，再通过仪器显示温度的大小。光学高温计光学高温计是一种非接触式仪表，使用快捷方便，可以测量加热和锻造中坯料的温度。光学高温计是采用受热物体的单色亮度随温度的升高二增强的原理制成的仪器。因此采用亮度比较法进行测温，即将被加热金属的辐射亮度与标准辐射源的亮度比较，从而检测出金属的温度。全辐射高温计当被测物体发出热辐射能量，经过透镜等辐射到感温器，并聚焦在热敏原件上转化为热电势，通过仪器表示问题的被测温度。该物体的热辐射能量的大小决定转换热电势的强弱，宠儿显示出温度的高低。远红外高温计红外测温仪是一种非接触式测温仪器。其工作原理是将被测物体发出的红外辐射转换成对应的温度，并用数字显示出来。因测温仪器采用了光学瞄准系统、调焦机构、危机处理等，所以具有较高的准确性，使用方便，其所测的温度范围为6003000，是一种较为先进的测温仪。8.3.5钢的锻造温度范围钢的锻造温度范围是指始锻温度（开始锻造）和终锻温度（结束锻造）之间的的一段温度区间。（1）确定锻造温度范围的基本原则确定锻造温度范围应全面考虑材料的塑性变形抗力，锻件质量和生产效率等方面的因素，为了达到有利于锻造的目的。确保金属成型，锻出优质的锻件，尽可能使锻造温度范围宽一些，确定锻造温度范围的原则如下必须使锻造金属内部的组织和力学性能合乎技术要求。在锻造温度范围内使金属具有良好的塑性和变形抗力。有利于锻造过程中减少加热次数，提高生产效率。22(2)始锻温度和终锻温度的确定始锻温度的确定，确定始锻温度时首先确定钢无过烧等现象，因此对于碳钢而言温度应比铁-渗碳体相同中的相线低100200，另外还应考虑金属坯料的主旨锻造方式和变形工艺等因素。例如采用铸锭为原材料时铸锭的组织应比较稳定，产生过烧的倾向较小，所以锭料的四段温度可高于同钢中的钢坯和刚才2050，采用不同的变形工序时始锻温度可适当调节，如镦粗工序可比抜长工序的始锻温度高，而要进行切割工序是始锻温度不需太高，当要进行锻接工序时始锻温度应当接近熔点。当使用的锻造设备不同金属的变形速度不同同时也会影响始端温度的高低，如用高速锤精锻时，因为高速变形产生很大的热效应，会促使坯料温度升高而引起过烧，因此始锻温度应比通常的始端温度低100左右，对于大型锻件的锻造，最后一次的温度应剩余的锻造比来确定锻造温度，避免锻后金属组织晶粒粗大，特别是对于锻后金属不同热处理方法细化晶粒的钢种相当重要。终锻温度的确定，确定终锻温度时，既要保证钢在停锻前有猪狗的塑性，又要使锻件获得良好的组织性能，以及没有加工硬化的现象，因此钢的终锻温度应高于再结晶温度，便于保证锻后金属组织完全再结晶，使端件能够得到细晶组织。还应指出锻造生产中钢的锻造温度与钢的组织锻造工序和锻后工序等也有直接的关系，对于无相变的钢由于不能用热处理的方法细化晶粒只能依靠最后一次锻造温度来确定控制晶粒度，所以为了使锻件获得细小的晶粒，此类钢的锻造温度一般不宜过高，如果锻造必须进行预热处理等，终锻温度可稍低于A3先，特别是高合金钢更窄，只有200300，所以在锻造生产中，高合金钢锻造最困难，对锻造要求较为严格。（3）锻造温度范围的确定一般碳素结构钢的锻造温度范围较快，达到400500，而合金钢，特别是高合金钢更窄只有200300。所以在锻造生产中高合金钢的锻造更困难，对锻造要求极为严格。（4）45号钢的始锻温度时1200，终锻温度是800。239锻造用的材料9.1钢锭内部组织结构取决于浇注时钢液在锭模内的的结晶条件，即结晶热力学和运动力学条件。钢液在钢锭内各处的冷却条件与传热条件不均匀，钢液由模想壁锭心、由底部想冒口逐渐冷凝选择结晶，从而赵成钢锭的结晶组织、化学成分及夹杂物分布不均。钢锭表层为细小等轴结晶区，心部为粗大等轴结晶区，由于选择结晶的缘故，心部上端狙击着轻质夹杂物和气体，并形成巨大的收缩孔，其周围还产生严重的酥松。心部底端为沉积区，含有密度较大的夹杂物或合金元素。因此钢锭的内部缺陷主要集中在冒口、底部及中心部分，其中冒口和底部作为废料应予切除，如果切除不彻底，24就会遗留在锻件内部而使锻件成为废品。钢锭底部和冒口占钢锭质量的57和1825。对于合金钢，切除的冒口占钢锭的2530，底部占710.9.2大型钢锭的主要缺陷钢锭常见的缺陷有偏析、夹杂、气体、气泡、缩孔、疏松、裂纹等。这些缺陷的形成与冶炼、浇注、和结晶过程密切相关，并且不可避免。钢锭越大，缺陷越严重，往往是造成大型锻件报废的主要原因。为此，应当了解钢锭内部缺陷的性质、特征和分布规律，以便在锻造中选择合适的钢锭，制定合理的锻造工艺规范，并在锻造过程中消除内部缺陷和改善锻件的内部质量。9.2.1偏析偏析是指各处成分与杂质分布不均匀的现在，包括枝晶偏析和区域偏析等。偏析是由选择性结晶、溶解度变化、密度差异和流速不同造成的。偏析会造成力学性能不均和裂纹缺陷。钢锭中的枝晶偏析现象可以通过锻造、再结晶、高温扩散和锻后热处理得到消除，而区域偏析很难通过热处理的方法消除，只有通过反复镦拔变形工艺才能使其化学成分趋于均匀化。9.2.2夹杂不溶解于金属基体的非金属化合物叫做非金属夹杂物，简称夹杂。常见的非金属夹杂物有硫化物、氧化物、硅酸盐等。夹杂分内在夹杂和外来夹杂两类。内在夹杂是指冶炼和浇注时的化学反应产物；外来夹杂是冶炼和浇注过程中由外界带入的砂子、耐火材料及炉渣碎粒等杂质。夹杂是一种异相质点，他的存在对热锻过程和锻件的质量有不良的影响，他可以破坏金属的连续性，在应力作用下，在夹杂出产生应力集中会引起显微裂纹，称为锻件疲劳破坏的疲劳源。如低熔点夹杂物过多的分布于晶界上，在锻造时会引起热脆现象。可见，夹杂的存在会降低锻造性能和锻后的力学性能。259.2.3气体钢中溶解有大量的气体，在凝固过程中，大量的气体会析出，但总会一些残留在钢锭中形成气泡。钢锭内部的气泡只要不是敞开的，或岁敞开但内壁未被氧化，俊可以通过锻造锻合，但皮下气泡容易引起裂纹。气泡分内部气泡与皮下气泡两种：钢中气体由