锻前加热与冷却

1、三三. .金属的加热和锻件冷却金属的加热和锻件冷却l 锻前加热的目的及方法锻前加热的目的及方法l 金属加热时产生的变化金属加热时产生的变化l 金属锻造温度范围的确定金属锻造温度范围的确定l 金属的加热规范金属的加热规范l 锻件的冷却及方法锻件的冷却及方法加热的目的：加热的目的：为了提高金属的塑性和降低变形抗力，以使为了提高金属的塑性和降低变形抗力，以使金属易于流动成形并获得良好的锻后组织和力学性能。金属易于流动成形并获得良好的锻后组织和力学性能。3.1 3.1 锻前加热的目的及方法锻前加热的目的及方法加热方法加热方法燃料加热燃料加热电加热电加热（通用性强，投资少，费用低；劳动条件差，质量难以控

2、制）（通用性强，投资少，费用低；劳动条件差，质量难以控制）电阻加热电阻加热感应加热感应加热（趋肤效应、工频（趋肤效应、工频（50Hz）、中频）、中频 和高频（和高频（1000Hz）电阻炉加热电阻炉加热接触电加热接触电加热盐浴炉加热盐浴炉加热（加热速度快，炉温控制准确，加热质量好，工件氧化少劳动（加热速度快，炉温控制准确，加热质量好，工件氧化少劳动 条件好，自动化高；设备投资大，电费贵，加热成本高）条件好，自动化高；设备投资大，电费贵，加热成本高）固体（煤、焦油）；液体（重油、柴油）；气体固体（煤、焦油）；液体（重油、柴油）；气体电阻加热电阻加热3.2 3.2 金属金属加热时产生的变化加热时产生

3、的变化 加热过程中金属在组织结构、力学性能、理化性能各加热过程中金属在组织结构、力学性能、理化性能各方面都会发生显著的变化。方面都会发生显著的变化。 氧化氧化钢料加热到高温时，表层中的铁与炉内的氧化性气体发生 化学反应，在钢料表层形成氧化铁皮。主要影响因素：炉气性质、加热温度、加热时间、钢的种类等。主要危害：影响锻件表面尺寸和精度；模具和机加工刀具严重磨损。3.2 3.2 金属金属加热时产生的变化加热时产生的变化 加热过程中金属在组织结构、力学性能、理化性能各加热过程中金属在组织结构、力学性能、理化性能各方面都会发生显著的变化。方面都会发生显著的变化。 脱碳脱碳钢料在加热时，其表层的碳和炉气中

4、的某些气体发生 化学反应，使钢料表面的含碳量降低。氧化介质都是脱碳介质，因此在氧化性炉气中加热将同时产生氧化和脱碳。主要危害：锻件表层变软，强度、耐磨性和疲劳性能降低。主要影响因素：炉气性质、加热温度、加热时间、钢的成分等。Cr、Mn阻止脱碳；Co、Al、W、Si促进脱碳3.2 3.2 金属金属加热时产生的变化加热时产生的变化 过热过热金属由于加热温度过高，加热时间过长而引起晶粒过分 长大的现象。晶粒开始急剧长大的温度成为过热温度。主要危害：塑性下降，晶粒粗大影响力学性能。C、Mn、S、P 增加过热倾向；Ti、W、V、Nb 减小钢的过热倾向。稳定过热 or 不稳定过热?塑性变形的作用塑性变形可

5、以击碎过热形成的粗大晶粒，并破坏沿晶界析出相的网状分布，从而改善和消除稳定过热。对于没有相变重结晶的金属（高温合金及部分不锈钢、铝合金、铜合金）则不能用热处理的办法消除过热组织，而要依靠较大变形量的锻造来解决。3.2 3.2 金属金属加热时产生的变化加热时产生的变化 过烧过烧当金属加热到接近其熔化温度（称过烧温度），并在此 温度下停留时间过长时，将出现过烧现象。 晶粒粗大，晶界发生氧化、熔化，出现氧化物和熔化物以及裂纹。主要危害：强度、塑性大大下降。不能修复，只能报废回炉。主要受化学成分影响，钢中的Co、Ni易产生过烧；Al、W、Cr减轻过烧。3.2 3.2 金属金属加热时产生的变化加热时产生

6、的变化名称名称实实 质质危危 害害防止（减少）措施防止（减少）措施氧化氧化坯料表面铁元素氧化 烧损材料；降低锻件精度和表面质量；减少模具寿命在高温区减少加热时间；采用控制 炉气成分的少无氧化加热或电加热等脱碳脱碳坯料表面碳分氧化降低锻件表面硬度，表层易产生龟裂过热过热加热温度过高，停留时间长造成晶粒大锻件力学性能降低，须再经过锻造或热处理才能改善控制加热温度，减少高温加热时间过烧过烧加热温度接近材料熔化温度，造成晶粒界面杂质氧化坯料一锻即碎，只得报废裂纹裂纹坯料内外温差太大，组织变化不匀造成材料内应力过大坯料产生内部裂纹，报废某些高碳或大型坯料，开始加热时应缓慢升温碳钢常见的加热缺陷碳钢常见的

7、加热缺陷3.3 3.3 金属锻造温度范围的确定金属锻造温度范围的确定锻造温度范围：始锻温度和终锻温度之间的一段温度区间。确定原则：保证在范围内具有良好的可锻性，并获得希望的组织和性能。基本方法：综合运用合金相图、塑性图、抗力图和再结晶图等，从塑性、 变形抗力和锻件的组织性能三个方面进行综合分析。合金相图合金相图 能直观地表示出合金系中各种成分的合金在不同温度区间的相组成情况。一般单相组织比多相的塑性好、抗力低，所以锻造时应尽可能使合金处于单相状态。从保证变形金属具有较高可锻性出发，运用塑性图塑性图和抗力图抗力图来确定合适的锻造温度范围。再结晶图再结晶图 表示变形温度、变形程度与锻件晶粒尺寸之间

8、的关系，是通过试验测绘的。始锻温度：高 可锻性好过高氧化、脱碳、过热/烧原则：保证钢不产生过热和过烧。一般应低于铁碳平衡图的固相线150250。始锻温度随含碳量的增加而降低。以碳钢为例确定：以碳钢为例确定：终锻温度：过高晶粒继续长大，机械性能降低过低（低于T再）加工硬化，可锻性降低，残余应力，开裂，不均匀原则：一般高于T再 50100。另外需考虑合金元素、合金类型的影响。 实际生产中，随温度的不同，钢材对外表现出不同的颜色，锻造时实际生产中，随温度的不同，钢材对外表现出不同的颜色，锻造时即可以根据钢材的颜色大致估计其温度，称为即可以根据钢材的颜色大致估计其温度，称为“看火色看火色”钢材火色和温

9、度钢材火色和温度火火 色色温度（温度（）火火 色色温度（温度（）暗棕色520580亮红色830880棕红色580650橘黄色8801050暗红色650750橙黄色10501150暗樱红色750780亮黄色11501250樱桃色780800白 色12501320亮桃红色800830牌号牌号始锻温度始锻温度终锻温度终锻温度低碳钢1250750451200 800T12A 115083065Mn1200830GCr15 1150850Cr12MoV1050900W18Cr4V1100900 在保证不出现加热缺陷的前提下，始锻温度应尽量取高一些；在保证不出现加热缺陷的前提下，始锻温度应尽量取高一些；在

10、保证塑性足够的前提下，终锻温度应尽可能定低一些在保证塑性足够的前提下，终锻温度应尽可能定低一些 常用钢材的锻造温度范围常用钢材的锻造温度范围3.4 3.4 金属的加热规范金属的加热规范加热规范：加热规范：就是金属坯料从装炉开始到加热完了整个过程中，对炉就是金属坯料从装炉开始到加热完了整个过程中，对炉温和坯料温度随时间变化的规定。温和坯料温度随时间变化的规定。加热的要求加热的要求：在坯料：在坯料均匀热透均匀热透的条件下，以的条件下，以最短的时间最短的时间获得加工时获得加工时所需要温度，同时要所需要温度，同时要保持坯料完整性保持坯料完整性，并使金属及燃料的消耗最少。，并使金属及燃料的消耗最少。断面

11、上温度指表面温度与中心温度之差断面上温度指表面温度与中心温度之差加热时间的确定加热时间的确定：小型钢坯：小型钢坯：大型钢坯：大型钢坯：3.5 3.5 锻件的冷却及方法锻件的冷却及方法 锻件冷却是保证锻件质量的重要环节。锻件冷却是保证锻件质量的重要环节。锻件在冷却过程中应尽量避免锻件在冷却过程中应尽量避免或减小内应力和裂纹的出现。或减小内应力和裂纹的出现。通常，锻件中的碳及合金元素含量越多，锻通常，锻件中的碳及合金元素含量越多，锻件体积越大，形状越复杂，冷却速度越要缓慢，否则会造成表面过硬不易件体积越大，形状越复杂，冷却速度越要缓慢，否则会造成表面过硬不易切削加工、变形甚至开裂等缺陷。常用的冷却方法有三种切削加工、变形甚至开裂等缺陷。常用的冷却方法有三种：空冷空冷、坑冷坑冷和和炉冷炉冷。方方 式式特特 点点适适 用用 场场 合合空 冷锻后置空气中散放，冷速快，晶粒细化低碳、低合金中小件或锻后不直接切削加工件坑冷（箱冷）锻后置干沙坑内或箱内堆在一起，冷速稍慢一般锻件，锻后可直接切削炉 冷锻后置原加热炉中，随炉冷却，冷速极慢含碳或含合金成分较高的中、大件，锻后可切削锻件常