第3章锻造加热

1、第3章 锻造的加热规范第 3章 金属的热规范金属的锻前加热1加热缺陷及防止措施2锻造温度范围的确定4锻后冷却及锻件的热处理金属的加热规范35第3章 锻造的加热规范3.1 金属的锻前加热金属的锻前加热锻前加热目的锻前加热目的加热金属，可以提高塑性，降低变形加热金属，可以提高塑性，降低变形抗力，减小设备吨位，以利于金属的变抗力，减小设备吨位，以利于金属的变形和获得良好的锻后组织。形和获得良好的锻后组织。锻造生产的工艺过程为：锻造生产的工艺过程为：下料下料加热加热锻造锻造热处理热处理检验检验锻前加热是温锻和热锻工艺中重要环节。锻前加热是温锻和热锻工艺中重要环节。第3章 锻造的加热规范3.2 一般加热

2、方法一般加热方法加热方法：火焰加热和电加热加热方法：火焰加热和电加热1 1、火焰加热、火焰加热 利用燃料燃烧时所产生利用燃料燃烧时所产生 的热量，通过对流、的热量，通过对流、辐射加热坯料。辐射加热坯料。 优点：优点：燃料来源方便、加热炉修造容易、燃料来源方便、加热炉修造容易、 加热费低、适应性强。加热费低、适应性强。缺点：缺点：劳动条件差，加热速度慢，劳动条件差，加热速度慢， 质量低、热效率低。质量低、热效率低。 应用范围：大、中、小型坯料应用范围：大、中、小型坯料。第3章 锻造的加热规范2 2 电加热电加热利用电能转换热能来加热坯料。利用电能转换热能来加热坯料。 电 阻 炉 加 热接 触 电

3、 加 热盐 浴 炉 加 热电 阻 加 热工 频中 频高 频感 应 加 热电 加 热第3章 锻造的加热规范 电阻炉加热原理：利用电电阻炉加热原理：利用电流通过炉内的电热体产生流通过炉内的电热体产生的能量，加热炉内的金属的能量，加热炉内的金属坯料。原理如图坯料。原理如图3.13.1。 电热体材料：铁铬铝合金电热体材料：铁铬铝合金 镍铬合金镍铬合金 碳化硅元件碳化硅元件 二硅化钼二硅化钼 图图3.1 电阻炉原理图电阻炉原理图1电热体电热体 2坯料坯料 3变压器变压器1 1）电阻加热）电阻加热第3章 锻造的加热规范优点：箱式电阻炉结构简单，体积小，操作简优点：箱式电阻炉结构简单，体积小，操作简便，炉温

4、均匀并易于调节，小批量生产或科便，炉温均匀并易于调节，小批量生产或科研实验中广泛采用，对坯料加热的适用范围研实验中广泛采用，对坯料加热的适用范围广。广。缺点：加热效率和加热速度较低。加热温度也缺点：加热效率和加热速度较低。加热温度也受到电热体的使用温度的限制。受到电热体的使用温度的限制。电阻炉的特点电阻炉的特点第3章 锻造的加热规范盐浴炉加热原理：盐浴炉加热原理： 电流通过炉内电极产生的热电流通过炉内电极产生的热量把导电介质量把导电介质盐熔融，盐熔融，通过高温介质的对流与传导通过高温介质的对流与传导将埋入介质中的金属加热。将埋入介质中的金属加热。盐浴炉的分类：按照热源的盐浴炉的分类：按照热源的

5、位置分外热式和内热式。位置分外热式和内热式。盐浴炉加热的优点：盐浴炉加热的优点：升温快、加热均匀，可升温快、加热均匀，可以实现金属坯料整体或局部以实现金属坯料整体或局部的无氧化加热。的无氧化加热。盐浴炉加热的缺点：盐浴炉加热的缺点：热效率低、辅助材料消热效率低、辅助材料消耗大、劳动条件差。耗大、劳动条件差。 图图3.2 电极盐浴炉原理图电极盐浴炉原理图 1电热体电热体 2高温计高温计 3电极电极 4熔盐熔盐 5坯料坯料 6变压器变压器第3章 锻造的加热规范接触电加热的加热原理：接触电加热的加热原理： 以低电压（一般为以低电压（一般为2 215V15V）大）大电流直接通过金属坯料，由坯料电流直接

6、通过金属坯料，由坯料自身电阻在通过电流时产生的热自身电阻在通过电流时产生的热量加热金属坯料。原理如图量加热金属坯料。原理如图3.33.3。接触电加热的优点接触电加热的优点: : 速度快、烧损少、加热范围不速度快、烧损少、加热范围不受限制、热效率高、耗电少、成受限制、热效率高、耗电少、成本低、设备简单、操作方便、使本低、设备简单、操作方便、使用于长坯料的整体或局部加热的用于长坯料的整体或局部加热的优点。优点。接触电加热的缺点：接触电加热的缺点：对坯料的表面粗糙度和形状对坯料的表面粗糙度和形状尺寸要求严格。加热温度的测量尺寸要求严格。加热温度的测量和控制也比较困难。和控制也比较困难。 图图3.3

7、接触电加热原理图接触电加热原理图1变压器变压器 2坯料坯料 3触头触头第3章 锻造的加热规范2）感应加热）感应加热坯料放入通过交变电流坯料放入通过交变电流的螺旋线圈内，利用电磁感的螺旋线圈内，利用电磁感应发热直接加热。应发热直接加热。优点：速度快、质量好、优点：速度快、质量好、温度易控制、烧损少、易实温度易控制、烧损少、易实现机械化。适于精密成形的现机械化。适于精密成形的加热。加热。缺点：投资费用高，加缺点：投资费用高，加热的坯料尺寸范围窄、电能热的坯料尺寸范围窄、电能消耗大。消耗大。图图3.4 感应电加热原理图感应电加热原理图1感应器感应器 2坯料坯料 3电源电源第3章 锻造的加热规范3.3

8、 少、无氧化火焰加热少、无氧化火焰加热1 1 少、无氧化加热少、无氧化加热减少金属的氧化烧损（使烧损量小减少金属的氧化烧损（使烧损量小于于5 5）和脱碳，限制氧化皮厚度在）和脱碳，限制氧化皮厚度在0.050.050.06mm0.06mm以下。以下。提高加热质量，提高锻件的尺寸精提高加热质量，提高锻件的尺寸精度和表面质量、提高模具寿命。度和表面质量、提高模具寿命。快速加热、少无氧化火焰加热和介快速加热、少无氧化火焰加热和介质保护加热。质保护加热。第3章 锻造的加热规范2 2 少、无氧化火焰加热少、无氧化火焰加热采用火焰加热的方法，通过控制燃烧炉气的性采用火焰加热的方法，通过控制燃烧炉气的性质，使

9、钢料加热且少无氧化。这就称为少无氧化火质，使钢料加热且少无氧化。这就称为少无氧化火焰加热。焰加热。火焰加热时，主要化学反应为：火焰加热时，主要化学反应为： Fe+OFe+O2 22FeO2FeO Fe Fe3 3C+OC+O2 2Fe+ COFe+ CO2 2 Fe+ CO Fe+ CO2 2Fe+COFe+CO Fe Fe3 3C+ COC+ CO2 2Fe+2COFe+2CO Fe+H Fe+H2 2OOFeO+HFeO+H2 2 Fe Fe3 3C+ H2OC+ H2O3Fe+CO+H3Fe+CO+H2 2第3章 锻造的加热规范1 1）反应是可逆反应，向右：氧化反应，向左：）反应是可逆反

10、应，向右：氧化反应，向左： 还原反应。还原反应。2 2）加热时，与空气消耗系数有关。）加热时，与空气消耗系数有关。空气消耗系数：又称空气过剩系数，是燃料燃空气消耗系数：又称空气过剩系数，是燃料燃 烧实际供给的空气量与理论计算空气量之比。烧实际供给的空气量与理论计算空气量之比。3 3）空气充足时，炉气呈氧化性，空气不足时，）空气充足时，炉气呈氧化性，空气不足时，炉炉 气呈还原性。气呈还原性。4 4）控制反应前后的生成物与反应物的浓度比。）控制反应前后的生成物与反应物的浓度比。炉气和被加热钢材的平衡图如下：炉气和被加热钢材的平衡图如下：第3章 锻造的加热规范ABAB线：炉气为氧化性线：炉气为氧化性

11、和还原性的分界线。和还原性的分界线。锻造加热炉（炉温锻造加热炉（炉温1000100013001300），），降到降到0.50.5或更低时，或更低时，才会形成加热炉正常才会形成加热炉正常工作条件的无氧化气工作条件的无氧化气体，这时的炉气成分体，这时的炉气成分应保持为应保持为： 图图3.5 炉气和被加热钢材的平衡图炉气和被加热钢材的平衡图 84. 022hoh3 . 02COCO第3章 锻造的加热规范3.4 钢加热时的缺陷及防止措钢加热时的缺陷及防止措施施一、金属加热对金属的影响一、金属加热对金属的影响力学性能发面力学性能发面：总的趋势是金属塑性提高，变形抗力降低，残余应力逐步消失，但也可能产生新

12、的内应力，过大的内应力会引起金属开裂。物理性能方面物理性能方面：金属的导热系数、导温系数、膨胀系数、密度等均会随温度的升高而变化。500以上，金属会发出不同颜色的光线，即有火色变化。在化学变化方面在化学变化方面：金属表层与炉气或其它周围介质发生氧化、脱碳、吸氧等化学反应，结果生成氧化皮与脱碳层等。第3章 锻造的加热规范二二 钢加热时的缺陷及防止措施钢加热时的缺陷及防止措施外部缺陷：外部缺陷：氧化、脱碳、裂纹。内部缺陷：内部缺陷：过热、过烧、裂纹。第3章 锻造的加热规范3.4.1 3.4.1 氧化、脱碳、氧化、脱碳、一、氧化一、氧化1 1、金属在高温加热时，表层中的铁离子和炉内的氧、金属在高温加

13、热时，表层中的铁离子和炉内的氧化性气体发生化学反应，使表面生成氧化物，这化性气体发生化学反应，使表面生成氧化物，这种现象叫氧化，也叫烧损。种现象叫氧化，也叫烧损。2、氧化的实质是一种扩散过程。、氧化的实质是一种扩散过程。铁以离子状态由内部向表面扩铁以离子状态由内部向表面扩散，炉中的氧以原子状态吸附散，炉中的氧以原子状态吸附到钢坯表面并向内部扩散。根到钢坯表面并向内部扩散。根据氧原子浓度的差异形成三层据氧原子浓度的差异形成三层不同的氧化铁组成的氧化皮。不同的氧化铁组成的氧化皮。第3章 锻造的加热规范3 3、影响氧化的因素、影响氧化的因素内因内因金属的化学成分金属的化学成分 一般低碳钢烧损大而高碳

14、钢烧损小，这是因为在高碳钢中反应生成co而降低了氧化铁的生成量。钢中含有Ni Al Cr Mo等合金元素能在坯料表面形成致密的氧化膜能阻止金属继续氧化。加热环境加热环境炉气成分：氧化性气氛氧化严重，还原性气氛氧化很少或不氧化。加热温度：加热温度升高，氧化扩散速度快,氧化烧损也就严重，加热时间：加热时间越长，形成的氧化皮厚。外因外因第3章 锻造的加热规范4 4、加热时金属氧化的危害：、加热时金属氧化的危害：(1)(1)一般情况下，钢料每加热一次便有一般情况下，钢料每加热一次便有1.5%-3%1.5%-3%的金的金属被烧掉，造成材料浪费。属被烧掉，造成材料浪费。(2) (2) 生成的氧化皮加剧模具

15、的磨损，降低锻件的表面生成的氧化皮加剧模具的磨损，降低锻件的表面质量。质量。(3)(3)残留氧化皮的锻件，在机械加工时刀具刃口磨损残留氧化皮的锻件，在机械加工时刀具刃口磨损加快。加快。第3章 锻造的加热规范5 5、加热时防止金属氧化的措施：、加热时防止金属氧化的措施：l 快速加热，缩短加热时间快速加热，缩短加热时间l 控制加热炉气的性质（还原性气氛）控制加热炉气的性质（还原性气氛）l 炉内应保持不大的正压力炉内应保持不大的正压力l 介质保护加热介质保护加热第3章 锻造的加热规范二二 脱碳脱碳1 1、定义：坯料在加热时，其表层的碳和炉气中的氧、定义：坯料在加热时，其表层的碳和炉气中的氧化性气体以

16、及某些还原性气体发生化学反应，造化性气体以及某些还原性气体发生化学反应，造成坯料表层的含碳量减少，这一表层常称脱碳层，成坯料表层的含碳量减少，这一表层常称脱碳层，这种缺陷既为脱碳。这种缺陷既为脱碳。2 2、实质：高温下钢中的碳与氢或氧发生作用而产、实质：高温下钢中的碳与氢或氧发生作用而产生一氧化碳。生一氧化碳。 脱碳也是扩散作用的结果。一方面脱碳也是扩散作用的结果。一方面炉气中的氧向钢内扩散，另一方面钢中的碳向外炉气中的氧向钢内扩散，另一方面钢中的碳向外扩散，这样便使钢表面形成了含碳量低的脱碳层。扩散，这样便使钢表面形成了含碳量低的脱碳层。从整个过程来看，脱碳层只在脱碳速度超过氧化从整个过程来

17、看，脱碳层只在脱碳速度超过氧化速度时才能形成，速度时才能形成，第3章 锻造的加热规范3 影响脱碳的因素影响脱碳的因素内因内因金属的化学成分金属的化学成分 钢中含碳量越高，脱碳倾向就越大。某些合金元素使脱碳层加深，如cwA1等。而有些合金元亲素则能阻止脱碳，如Cr、,Mn等。Si、Ni和V对脱碳无影响。加热环境加热环境炉气成分：氧化性气氛氧化严重，还原性气氛氧化很少或不氧化。加热温度：钢在氧化性气氛中加热时，既产生氧化，同时产生脱碳。加热时间：加热时间越长，脱碳层就越厚。外因外因第3章 锻造的加热规范 脱碳使锻件的表面变软强度和耐脱碳使锻件的表面变软强度和耐磨性以及疲劳性能降低。特别是高碳磨性以

18、及疲劳性能降低。特别是高碳工具钢、轴承钢、高速钢及弹簧钢的工具钢、轴承钢、高速钢及弹簧钢的脱碳更是严重的缺陷。脱碳更是严重的缺陷。 4 4 脱碳的危害脱碳的危害5 5 措施：措施： 一般用于防止氧化的措施，同样也可一般用于防止氧化的措施，同样也可用于防止脱碳用于防止脱碳。第3章 锻造的加热规范3.4.2 过热和过烧过热和过烧一、过热一、过热当钢加热超过某一温度时，或在高温下停留时间过长，会 引起奥氏体晶粒迅速长大的现象。1 1、分类、分类：（1）稳定过热 是指钢经加热后除原高温奥氏体晶粒粗大外，沿奥氏体晶界大量析出第二相质点以及其他促使原高温奥氏体晶界稳定化的因素。这种过热用一般的热处理方法不

19、易改善或消除。（2）不稳定过热 是指由于单纯的高温奥氏体晶粒粗大形成的过热。这种过热可用一般的热处理方法消除。第3章 锻造的加热规范2 2、影响因素、影响因素：钢的过热温度主要取决于它的化学成分。C、Mn、S、P等增加过热倾向，而Ti、W、V等可减小钢的过热倾向。第3章 锻造的加热规范3 3、过热的危害：、过热的危害： 使金属塑性下降，引起锻造和热处理后锻件的晶粒粗大，降低金属的力学性能。 碳钢过热，往往出现魏氏组织；马氏体钢过热，纤维组织呈现粗针状，并现过多的铁素体；对于一些合金结构钢、不锈钢、高速钢、弹簧钢、轴承钢等如过热，除高温奥氏体晶粒粗大外，会有异相质点优先沿奥氏体晶界析出，严重时呈

20、现连续网状，使晶界变脆。第3章 锻造的加热规范4 4、防止措施、防止措施严格控制加热温度，尽可能缩短高温保温 时间，加热时坯料不要放在炉内局部高温区；在锻造时要使锻件有足够的变形量，能够破碎粗大的奥氏体晶粒和析出相测温用的仪表必须校正准确。第3章 锻造的加热规范二二 过烧过烧当坯料加热超过过热温度，并且在此温度下停留时间过长，不但引起奥氏体晶粒迅速长大，而且还有氧化性气体渗入晶界，这种缺陷称为过烧。影响因素：钢的过烧温度主要取决于它的化学成分。因不同的钢种而定。通常钢中的Ni、Mo等元素容易产生过烧，而Al、Cr、W等则可减小钢的过烧。第3章 锻造的加热规范第3章 锻造的加热规范过烧的危害及防

21、止措施过烧的危害及防止措施危害危害：进行锻造时，轻则引起网络状裂纹，称之为“龟裂”，严重过烧易形成易熔共晶氧化物，晶界局部熔化，使晶粒间结合完全破坏。将导致坯料破裂成碎块，其断口无金属光泽。如果坯料只是局部过烧，可将过烧的部分切除。 因此，过烧是加热的致命缺陷，必须避免。措施：措施：遵守加热规范，控制加热温度以及限制坯料在高温时的停留时间。第3章 锻造的加热规范3 裂纹裂纹如果坯料在加热过程的某一温度下，如果坯料在加热过程的某一温度下，拉应力超过它的强度极限，那么就要产生拉应力超过它的强度极限，那么就要产生裂纹。裂纹。第3章 锻造的加热规范产生裂纹的原因：产生裂纹的原因：温度不均匀产生的相变引

22、起的铸锭冷却产生的温度应力组织应力残余应力内应力第3章 锻造的加热规范定义：定义：钢料加热时，其表面和中心之间存在的温度差引起不均匀膨胀，这种由于温度不均而产生的内应力叫温度应力。特点：特点：温度应力一般都是三向应力状态（轴向、切向、径向）。圆柱坯料中心部分产生的轴向温度应力是拉应力，加热时心部产生裂纹倾向大。 （1）温度应力第3章 锻造的加热规范 一般只有在钢料出现温度梯度并处于弹性状态时，才会产生较大的温度应力并引起开裂。钢在温度低下500一550时处于弹性状态，因此当其处于这个温度范围以下时，必须考虑温度应力的影响。当温度超过500-550时，钢料塑性较好，抗力较低，通过局部塑性变形可以

23、使温度应力得到部分消除，此时就不会造成钢料破坏。材料截面尺寸，温差，温度应力。第3章 锻造的加热规范定义：定义：具有相变的钢在加热过程中，表层首先发生相变，心部后发生相变并且相变前后组织的比容发生变化，这样引起的内应力叫组织应力。 特点：特点：组织应力也是三向应力状态，其中切向应力最大。随温度的升高，表层先发生相变由珠光体转变为奥氏体，比容减小，表层引起拉应力，心部为压应力。此时与温度应力反向，使总的应力值减小；当温度继续升高，心部也发生相变，此时引起的组织应力是心部为拉应力，表层为压应力，虽然与温度应力同向，总的应力值增大，但这时钢料巳接近高温，不会造成开裂。（2）组织应力）组织应力第3章

24、锻造的加热规范定义定义：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残余应力。 特点：特点：外层冷却快，因此，残余应力在外层为压应力；中心冷却慢，在中心部位为拉应力。（3）残余应力）残余应力第3章 锻造的加热规范残余应力残余应力组织应力组织应力温度应力温度应力产生裂纹第3章 锻造的加热规范制定和遵守正确的加热规范钢料在500 550以下加热时，应避免加热速度过快断面尺寸大的大钢锭和导热差的高合金钢的加热，其低温阶段必须缓慢加热。防止裂纹的措施第3章 锻造的加热规范3.5 锻造温度范围的确定锻造温度范围的确定 锻造温度范围是指锻造温度范围是指 坯料开始锻造时的温度

25、和结束锻造时的坯料开始锻造时的温度和结束锻造时的温度之间的温度区间。温度之间的温度区间。确定原则：确定原则：保证金属有良好的可锻性 保证金属有良好的组织性能 锻造温度范围应尽量宽第3章 锻造的加热规范 确定锻造温度范围的方法：确定锻造温度范围的方法： 方法：工程上可查表方法：工程上可查表 制表根据：制表根据：以合金平衡相图为基础，参考塑性以合金平衡相图为基础，参考塑性图、抗力图和再结晶图，由金属塑性、图、抗力图和再结晶图，由金属塑性、变形抗力和锻件的组织性能三个方面加变形抗力和锻件的组织性能三个方面加以综合分析，确定合理的锻造范围。以综合分析，确定合理的锻造范围。第3章 锻造的加热规范图图3.

26、6 碳钢的锻造温度范围碳钢的锻造温度范围 碳钢锻造碳钢锻造温度范围温度范围的确定参的确定参见见3.6图图固相线以下150-250固相线以下150-250第3章 锻造的加热规范1)始锻温度始锻温度 锻前允许加热的最高温度锻前允许加热的最高温度确定原则：确定原则： 希望尽可能高一些，但以不产生过烧为限。理论上讲过烧温度就是固相线的温度， 但为保险起见取得低于固相线温度150250。一般范围：一般范围：结构钢始锻温度：1200 1250 工具钢1100 1150 含碳量越高，温度越低；含碳量越高，温度越低；3.5.1 始锻温度的确定始锻温度的确定第3章 锻造的加热规范考虑到坯料组织、锻造方式、变形工

27、艺等因素。钢锭为坯料时，铸态组织比较稳定，产生过烧的倾向性小，因此，始锻温度比同钢种钢坯和钢材要高20 50 。 采用高速锤精锻，因为高速变形产生很大的热效应，会使坯料温度升高以致引起过烧，所以，其始锻温度应比通常始锻温度约低约100 ，大型锻件锻造，最后一火的始锻温度，应根据剩余锻比确定，以避免锻后晶粒粗大，这对不能用热处理方法细化晶粒钢种尤为重要。始锻温度的确定第3章 锻造的加热规范3.5.2 终锻温度的确定终锻温度的确定1)终锻温度终锻温度 终锻温度即是仃止锻造的温度确定原则：确定原则：希望低一些好，但以不锻裂和能得到所要求的金相组织为前提。碳钢的终锻温度约在铁-碳相图1线以上2080碳

28、碳 钢：钢： 终锻温度：750 800合金钢：合金钢：终锻温度： 800 900第3章 锻造的加热规范如果终锻温度过高，锻件晶粒粗大，甚至产生魏氏组织；如果终锻温度过低，导致锻造后期加工硬化严重，有可能引起断裂。通常钢的终锻温度稍高于再结晶温度。终锻温度确定不当引起的后果终锻温度确定不当引起的后果第3章 锻造的加热规范碳钢的终锻温度约在铁碳平衡图碳钢的终锻温度约在铁碳平衡图A1A1线以线以上上25752575，如图所示。，如图所示。低碳钢的终锻温度处于奥氏体和铁素体双低碳钢的终锻温度处于奥氏体和铁素体双相内，且因两相塑性均较好，不会给锻造相内，且因两相塑性均较好，不会给锻造带来困难。带来困难。

29、中碳钢终锻温度处于奥氏单相区，组织均中碳钢终锻温度处于奥氏单相区，组织均匀，塑性良好，完全满足终锻要求。匀，塑性良好，完全满足终锻要求。高碳钢的终锻是处于奥氏体和渗碳体的双高碳钢的终锻是处于奥氏体和渗碳体的双相区，可借助塑性变形作用将析出的渗而相区，可借助塑性变形作用将析出的渗而使锻后沿晶界析出网状渗碳体。使锻后沿晶界析出网状渗碳体。终锻温度的确定终锻温度的确定第3章 锻造的加热规范钢的终锻温度与钢的组织、锻造工序和后续工序也有关。 对于无相变的钢种，只有依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。 当锻后立即进行锻件余热热处理时，终锻温度应满足余热热处理的要求，若

30、为低碳钢，终锻温度稍高于A3线。 一般精整工序的终锻温度，允许比规定值低5080。 一般碳素钢的锻造温度范围比较宽，达到400 580 ； 而合金钢，尤其是高合金钢则很窄，只有200 300。终锻温度的确定第3章 锻造的加热规范终锻温度的确定第3章 锻造的加热规范3.6 钢的加热规范钢的加热规范1 1）主要包括：）主要包括： 加热温度、加热速度（时间）、装炉方式以及加热注意的事项。2 2）制订原则：）制订原则： 金属不过烧、过热、不产生裂纹，温度均匀氧化脱碳少而且加热时间应短和节约能源。3 3）制定加热规范的方法）制定加热规范的方法加热规范的要素：温度、速度和时间。加热规范的要素：温度、速度和

31、时间。加热三阶段：预热、加热和保温。加热三阶段：预热、加热和保温。4 4）具体表示方式：）具体表示方式：用加热曲线：一段、二段、三段、四段、五段。参见下图：第3章 锻造的加热规范 图图3.7 锻造加热曲线类型锻造加热曲线类型第3章 锻造的加热规范（1 1）装料炉温）装料炉温装料炉温决于温度应力，与钢的导温装料炉温决于温度应力，与钢的导温性和坯料的大小有关。性和坯料的大小有关。导温性好，尺寸小的钢材，装炉温度导温性好，尺寸小的钢材，装炉温度不受限制。而导温性差，尺寸大的钢材，不受限制。而导温性差，尺寸大的钢材，则应规定装炉温度，并在该温度下保温则应规定装炉温度，并在该温度下保温一定时间。一定时间

32、。第3章 锻造的加热规范装料炉温的确定装料炉温的确定 由上式得出的最大允许温差，再按不同热阻条件下最大允许温差与允许装炉温度的理论计算曲线，确定出允许装炉温度钢锭加热的装炉温度及保温时间如下图所示：第3章 锻造的加热规范图图3.8 钢锭加热的装炉温度及保温时间钢锭加热的装炉温度及保温时间1组冷锭的装炉温度组冷锭的装炉温度 2组冷锭的装炉温度组冷锭的装炉温度 3组冷锭的装组冷锭的装炉温度炉温度 4热锭的装炉温度热锭的装炉温度返回第3章 锻造的加热规范第3章 锻造的加热规范（2 2）加热速度）加热速度加热速度用单位时间内金属表面温度升高的加热速度用单位时间内金属表面温度升高的多少（多少（/h/h）

33、；或单位时间内金属截面热透）；或单位时间内金属截面热透的数值的数值 mmmm2 2/min/min来表示。来表示。最大可能的加热速度最大可能的加热速度坯料允许的加热速度坯料允许的加热速度 cc圆柱体坯料允许加热速度圆柱体坯料允许加热速度cc26 . 5ERkv第3章 锻造的加热规范 加热导热性好的坯料时，用最大的加热速度加热导热性好的坯料时，用最大的加热速度加热。加热。 加热导热性差的坯料时，在低温阶段，以坯加热导热性差的坯料时，在低温阶段，以坯料允许的加热速度加热，升到高温后，按最大料允许的加热速度加热，升到高温后，按最大加热速度加热。加热速度加热。温度头：温度头：当坯料表面加热到始锻温度时

34、，炉温和当坯料表面加热到始锻温度时，炉温和坯料表面的温差称为温度头。坯料表面的温差称为温度头。第3章 锻造的加热规范（3 3）保温时间）保温时间保温目的保温目的（1 1）装炉温度下的保温：防止金属在温度应力作装炉温度下的保温：防止金属在温度应力作用下破坏。特别是钢在用下破坏。特别是钢在200200400400可能因蓝脆可能因蓝脆而发生破坏。而发生破坏。（2 2）700700850850的保温：减少前段加热后钢料的保温：减少前段加热后钢料截面上的温差，从而减少钢料截面内的温度应截面上的温差，从而减少钢料截面内的温度应力和使锻造温度下的保温时间不至过长。力和使锻造温度下的保温时间不至过长。（3 3

35、）锻造温度下的保温：除减少钢料的截面温差）锻造温度下的保温：除减少钢料的截面温差使温度均匀外，还借助扩散作用，使组织均匀使温度均匀外，还借助扩散作用，使组织均匀化。化。第3章 锻造的加热规范3 3、终锻温度下的保温时间：最小保温时、终锻温度下的保温时间：最小保温时间和最大保温时间间和最大保温时间最小保温时间是指能够使钢料温差达到最小保温时间是指能够使钢料温差达到规定的均匀程度所需的最短时间，可参规定的均匀程度所需的最短时间，可参考图考图3.93.9和和3.103.10。最大保温时间是不产生过热、过烧缺陷最大保温时间是不产生过热、过烧缺陷的最大允许保温时间的最大允许保温时间 。第3章 锻造的加热

36、规范第3章 锻造的加热规范图图3.9 炉温为炉温为1200时钢料时钢料截面温度差与温度头、坯料截面温度差与温度头、坯料直径的关系直径的关系 图图3.10 均热最小保温时间均热最小保温时间与温度头坯料直径的关系与温度头坯料直径的关系m坯料截面温度差坯料截面温度差/%最小保温时间坯料表面加热到始锻温度所需时间第3章 锻造的加热规范（4 4）加热时间）加热时间加热时间为加热各个阶段保温时间和升温加热时间为加热各个阶段保温时间和升温时间的总和。时间的总和。两种确定加热时间的方法：两种确定加热时间的方法：1 1）钢锭（或大型钢坯）的加热时间）钢锭（或大型钢坯）的加热时间 冷钢锭（或钢坯）在室式炉中加热到

37、冷钢锭（或钢坯）在室式炉中加热到12001200所需要的加热时间可按下式计算：所需要的加热时间可按下式计算： DDakt1第3章 锻造的加热规范2 2）钢材（或中小型钢坯）的加热时间）钢材（或中小型钢坯）的加热时间 在连续炉或半连续炉中加热时间在连续炉或半连续炉中加热时间t t可按可按下式确定：下式确定：采用室式炉加热时，加热时间的确定方法下：采用室式炉加热时，加热时间的确定方法下：对于直径小于对于直径小于200mm200mm的钢坯，碳素钢在室的钢坯，碳素钢在室式炉中单个放置时的加热时间如下图所示：式炉中单个放置时的加热时间如下图所示：Dat0第3章 锻造的加热规范图图3.11 碳素钢在室式炉

38、中单个放置时的加热时间碳素钢在室式炉中单个放置时的加热时间第3章 锻造的加热规范3.6.2 3.6.2 钢锭、钢材与中小钢坯的加热规范钢锭、钢材与中小钢坯的加热规范1 1）钢锭的加热规范）钢锭的加热规范大型钢锭大型钢锭(2-2.5t(2-2.5t，直径，直径500-550mm)500-550mm)：多段加热规范多段加热规范小型碳素钢和低合金钢锭：一段快速加小型碳素钢和低合金钢锭：一段快速加热规范热规范高合金钢小锭：多段加热规范高合金钢小锭：多段加热规范热锭：以最大的加热速度进行加热。热锭：以最大的加热速度进行加热。第3章 锻造的加热规范2 2）钢材与小钢坯的加热规范：）钢材与小钢坯的加热规范：

39、 直径小于直径小于150 150 200mm200mm的碳素结构钢材的碳素结构钢材和直径小于和直径小于100mm100mm的合金结构钢材，采的合金结构钢材，采用一段加热规范。用一段加热规范。 直径为直径为200200350mm350mm的碳素结构钢坯的碳素结构钢坯（含碳量大于（含碳量大于0.450.450.50%0.50%）和合金结）和合金结构钢坯，采用三段加热规范。构钢坯，采用三段加热规范。 对于导温性差、热敏感性强的高合金钢对于导温性差、热敏感性强的高合金钢坯（如高铬钢、高速钢），则需采取低坯（如高铬钢、高速钢），则需采取低温装炉，装炉温度为温装炉，装炉温度为4004006506500 0

40、C C。第3章 锻造的加热规范3.7 钢锻后的冷却钢锻后的冷却金属的锻后冷却：终锻温度金属的锻后冷却：终锻温度室温室温 3.7.13.7.1锻件冷却时常见缺陷锻件冷却时常见缺陷1 1）裂纹：）裂纹：锻件在冷却过程中，由于温度应力、锻件在冷却过程中，由于温度应力、组织应力以及残余应力之和超过材料组织应力以及残余应力之和超过材料的强度极限而形成裂纹。的强度极限而形成裂纹。第3章 锻造的加热规范（1 1）温度应力）温度应力 初期：表层受拉应力、心部受压应力。初期：表层受拉应力、心部受压应力。 冷却后期：心部受拉应力，表层受压应冷却后期：心部受拉应力，表层受压应力。力。锻件冷却过程中轴向温度应力变化和

41、分锻件冷却过程中轴向温度应力变化和分布示意图如下。布示意图如下。第3章 锻造的加热规范 图图3.123.12锻件冷却过程中轴向温度应力变化和分布示意图锻件冷却过程中轴向温度应力变化和分布示意图 a) 软钢锻件 b)硬钢锻件 1-表面应力 2-心部应力第3章 锻造的加热规范（2 2）组织应力）组织应力由于相变前后组织的比容不同而产生。由于相变前后组织的比容不同而产生。 冷却时的组织应力：三向应力状态，且冷却时的组织应力：三向应力状态，且切向应力最大，这就是有时引起表面纵切向应力最大，这就是有时引起表面纵裂的原因之一。裂的原因之一。第3章 锻造的加热规范（3 3）残余应力）残余应力 2 2）网状碳

42、化物）网状碳化物 过共析钢、轴承钢、奥氏体不锈钢在锻后冷却过共析钢、轴承钢、奥氏体不锈钢在锻后冷却时易产生网状碳化物。时易产生网状碳化物。3 3）白点）白点 白点是一种内部缺陷。白点是在钢的纵向呈圆白点是一种内部缺陷。白点是在钢的纵向呈圆形或椭形的银白色斑点，合金钢白点的色泽光亮，形或椭形的银白色斑点，合金钢白点的色泽光亮，碳素钢白点较暗。白点横向呈细小的裂纹。碳素钢白点较暗。白点横向呈细小的裂纹。 白点呈纯脆性白点呈纯脆性。第3章 锻造的加热规范3.7.2 锻件的冷却规范锻件的冷却规范1 1空冷空冷 ：在空气中冷却，速度较快。：在空气中冷却，速度较快。2 2坑（箱）冷：锻件锻后放到地坑坑（箱

43、）冷：锻件锻后放到地坑或铁箱中封闭冷却，或埋入坑中砂或铁箱中封闭冷却，或埋入坑中砂子、石灰或炉渣内冷却。子、石灰或炉渣内冷却。 3 3炉冷：锻件锻后直接装入炉中按炉冷：锻件锻后直接装入炉中按一定的冷却规范缓慢冷却。一定的冷却规范缓慢冷却。一、锻件的冷却方法一、锻件的冷却方法第3章 锻造的加热规范般来讲，化学成分越单纯，锻后冷却速度越大；反般来讲，化学成分越单纯，锻后冷却速度越大；反之则慢。碳钢与低合金钢锻件，锻后采用空冷。中高之则慢。碳钢与低合金钢锻件，锻后采用空冷。中高合金钢锻件，采用坑冷或炉冷。于含碳较高的钢种合金钢锻件，采用坑冷或炉冷。于含碳较高的钢种( (如如碳紊工具钢轴承钢等碳紊工具

44、钢轴承钢等) )，在锻后先空冷，鼓风或喷雾快，在锻后先空冷，鼓风或喷雾快速冷却列速冷却列700700，然后再把锻件放人坑中或炉中缓慢冲，然后再把锻件放人坑中或炉中缓慢冲却。却。 对于没有相变的钢种对于没有相变的钢种( (如奥氏体钢，铁索体钢等如奥氏体钢，铁索体钢等) )，由于，由于锻后冷却过程无相变，可快速冷却。通常采用空冷。锻后冷却过程无相变，可快速冷却。通常采用空冷。 对于空冷自淬的钢种对于空冷自淬的钢种( (如高速钢、马氏体不锈钢、高合如高速钢、马氏体不锈钢、高合金钢金钢) )，因空冷会发生马氏体相变，由此引起较大的组，因空冷会发生马氏体相变，由此引起较大的组织应力，容易产生冷却裂纹。这

45、类锻件锻后必须缓慢织应力，容易产生冷却裂纹。这类锻件锻后必须缓慢冷却。冷却。对 于 白 点 敏 感 的 钢 种对 于 白 点 敏 感 的 钢 种 ( ( 如 铬 镍 钢如 铬 镍 钢 3 4 C r N i M o3 4 C r N i M o 、34CrNi4Mo34CrNi4Mo等等) )，为了防止冷却过程产生白点，应按一，为了防止冷却过程产生白点，应按一定冷却规范进行炉冷。定冷却规范进行炉冷。二、锻件的冷却规范（二、锻件的冷却规范（关键是选择合适的冷却速度）关键是选择合适的冷却速度）第3章 锻造的加热规范3.8 锻件的热处理锻件的热处理 机械加工前的热处理称为锻件热处理，一般是在锻机械加

46、工前的热处理称为锻件热处理，一般是在锻压车间内进行。压车间内进行。目的：目的：u调整锻件的硬度，以利锻件进行切削加工。调整锻件的硬度，以利锻件进行切削加工。u消除锻件的内应力，以免在机械加工时变形消除锻件的内应力，以免在机械加工时变形u改善锻件内部组织，细化晶粒，为最终热处理做好组改善锻件内部组织，细化晶粒，为最终热处理做好组织准备。织准备。u对于不再进行最终热处理的锻件，应保证达到规定的对于不再进行最终热处理的锻件，应保证达到规定的力学性能要求。力学性能要求。 锻件热处理的方法：退火、正火、淬火、回火、调质锻件热处理的方法：退火、正火、淬火、回火、调质等等第3章 锻造的加热规范1 1退火退火

47、退火是将钢加热到一定的温度，保温退火是将钢加热到一定的温度，保温一定的时间后缓慢冷却下来的热处理工艺方一定的时间后缓慢冷却下来的热处理工艺方法。法。退火的主要目的有：退火的主要目的有：1 1）降低硬度，改善切削加工性。）降低硬度，改善切削加工性。2 2）细化晶粒，改善力学性能。）细化晶粒，改善力学性能。3.8.1 中小锻件的热处理中小锻件的热处理第3章 锻造的加热规范3 3）消除内应力，防止锻件变形或开裂，）消除内应力，防止锻件变形或开裂，稳定工件尺寸，减少淬火时变形或开裂稳定工件尺寸，减少淬火时变形或开裂的倾向。的倾向。4 4）提高塑性、便于冷加工。）提高塑性、便于冷加工。 中小锻件常用的退

48、火有完全退火（通常中小锻件常用的退火有完全退火（通常称退火）和球火退火（不完全退火）两称退火）和球火退火（不完全退火）两种。种。第3章 锻造的加热规范2 2 正火正火正火是将亚共析钢加热到正火是将亚共析钢加热到AcAc3 3+(30+(3050)50)、过共析钢加热到、过共析钢加热到AcAccmcm+(30+(3050),50),保温一定时间后在空气中冷却的保温一定时间后在空气中冷却的热处理工艺方法。热处理工艺方法。正火的主要应用有：正火的主要应用有：1 1）作为普通结构钢锻件最终热处理，）作为普通结构钢锻件最终热处理，可细化晶粒、提高力学性能。可细化晶粒、提高力学性能。第3章 锻造的加热规范

49、2 2）作为低中碳结构钢的预热处理，可获得合适）作为低中碳结构钢的预热处理，可获得合适的硬度，有利于切削加工。的硬度，有利于切削加工。3 3）可以抑制或消除过共析钢网状二次渗碳体的）可以抑制或消除过共析钢网状二次渗碳体的形成。形成。正火比退火生产周期短，节省能源，所以正火比退火生产周期短，节省能源，所以低碳钢多采用正火而不采用退火。低碳钢多采用正火而不采用退火。正火后锻件硬度较高，为了降低硬度还应正火后锻件硬度较高，为了降低硬度还应进行高温回火进行高温回火 。各种锻件热处理加热温度范围示意图如下：各种锻件热处理加热温度范围示意图如下：第3章 锻造的加热规范图图3.13 各种锻件热处理加热温度范

50、围示意图各种锻件热处理加热温度范围示意图第3章 锻造的加热规范3 3 淬火、回火、调质淬火、回火、调质淬火是将锻件加热到淬火是将锻件加热到AcAc3 3+(30+(3050)50)（亚共析钢）或（亚共析钢）或AcAc1 1AcmAcm之间之间（过共析钢），经保温后进行急冷。（过共析钢），经保温后进行急冷。 回火是将锻件加热到回火是将锻件加热到AcAc1 1以下某一温以下某一温度，保温一定时间，然后空冷或快冷。度，保温一定时间，然后空冷或快冷。第3章 锻造的加热规范中碳钢或中碳低合金钢的调质处理：淬中碳钢或中碳低合金钢的调质处理：淬火高温回火。火高温回火。调质处理主要用于各种重要的结构调质处理主要用于各种重要的结构零件，特别是在交变载荷下工作的连零件，特别是在交变载荷下工