第3章锻造加热改

第3章

锻造的加热规范3.1锻前加热

3.2金属加热过程中的变化

3.3锻造温度范围的确定

3.4锻造的加热规范

3.5金属的少无氧化加热提高金属塑性，降低变形抗力，使坯料易于变形并获得良好的锻件。锻前加热3.1.1锻前加热的方法3.1锻前加热3.1锻前加热利用燃料燃烧时所产生的热量，通过对流、辐射加热坯料。1、燃料加热优点缺点燃料来源方便、加热炉修造容易、加热费低、适应性强。劳动条件差，加热速度慢，质量低、热效率低。大、中、小型坯料应用范围3.1.2锻前加热的方法利用电能转换热能来加热坯料。2、电加热电阻加热感应加热电阻炉加热接触电加热3.1锻前加热电阻炉加热原理：利用电流通过炉内的电热体产生的能量，加热炉内的金属坯料。电热体材料：铁铬铝合金碳化硅元件镍铬合金二硅化钼

图3.1电阻炉原理图1－电热体2－坯料3－变压器3.1锻前加热适用于低于1100度使用温度可高于1350度●接触电加热原理：以低电压（一般为2～15V）大电流直接通过金属坯料，由坯料自身电阻在通过电流时产生的热量加热金属坯料。●优点:

速度快、烧损少、加热范围不受限制、热效率高、耗电少、成本低、设备简单、操作方便、使用于长坯料的整体或局部加热的优点。●缺点：对坯料的表面粗糙度和形状尺寸要求严格。加热温度的测量和控制也比较困难。

图3.3接触电加热原理图1－变压器2－坯料3－触头3.1锻前加热感应加热坯料放入通过交变电流的螺旋线圈内，利用电磁感应发热直接加热。优点：速度快、质量好、温度易控制、烧损少、易实现机械化。

适于精密成形的加热。缺点：加热的坯料尺寸范围窄、电能消耗大。3.1锻前加热3.2金属加热过程中的变化3.2.1氧化、脱碳1、氧化概念影响因素金属在高温加热时，表层中的离子和炉内的氧化性气体发生化学反应，使表面生成氧化物的现象。也叫烧损。1.金属化学成分2.炉气成分3.加热温度4.加热时间1.快速加热2.控制加热炉气的性质3.炉内应保持不大的正压力4.介质保护加热防止措施3.2.1氧化、脱碳2、脱碳概念影响因素坯料在加热时，其表层的碳和炉气中的氧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。1.坯料化学成分2.炉气成分3.加热温度4.加热时间1.快速加热2.控制加热炉气的性质3.炉内应保持不大的正压力4.介质保护加热防止措施3.2金属加热过程中的变化3.2.2过热和过烧1、过热概念影响当钢加热超过某一温度时，或在高温下停留时间过长，引起奥氏体晶粒迅速长大的现象。1.晶粒粗大组织若未消除，使强度和冲击韧性降低。2.增加生产周期和费用。1.控制加热温度和加热时间。2.避免截面尺寸相差大的坯料同炉加热。防止措施3.2金属加热过程中的变化3.2.2过热和过烧2、过烧概念特点、危害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。1.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。2.是加热的致命缺陷，最后使坯料报废。1.如坯料只发生局部过烧，可将过烧的部分切除。2.控制加热温度、限制坯料在高温时的停留时间。防止措施3.2金属加热过程中的变化3.2.3导温性的变化3.2金属加热过程中的变化热导率(λ)指在稳定条件下，1m厚的物体，两侧面温差为1℃，1h内通过1m2面积传递的热量。导温性：加热或者冷却时，温度在金属内部的传播能力热扩散率几种钢的热导率随温度变化的规律3.2.4应力的变化

如果坯料在加热过程的某一温度下，内应力超过它的强度极限，就要产生裂纹。产生裂纹的原因：温度应力组织应力残余应力3.2金属加热过程中的变化定义：由于温度不均而产生的内应力原因：坯料加热时表面和中心之间存在温度差，表面受压应力，中心部位受拉应力。钢材加热时心部产生裂纹的倾向较大温度应力3.2.4应力的变化3.2金属加热过程中的变化定义：由于相变前后组织的比容发生而引起的内应力原因：1）加热具有相变的坯料，表层首先发生相变，形成拉应力，心部为压应力。

2）温度继续升高，心部也产生相变，心部为拉应力，表层形成压应力。钢材处在高温下，产生的组织应力会很快被松弛消失。组织应力3.2金属加热过程中的变化3.2.4应力的变化

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而引起的内应力。外层冷却快，应力为压应力；中心冷却慢，应力为拉应力。残余应力3.2.4应力的变化3.2金属加热过程中的变化3.3锻造温度的确定锻造温度范围：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

确定锻造温度范围的原则使金属具有良好塑性和较低的变形抗力；保证锻件质量；锻造温度范围尽可能宽。确定锻造温度范围的方法：

以合金平衡相图为基础，参考塑性图、抗力图和再结晶图，由塑性、质量和变形抗力三个方面加以综合分析。3.3锻造温度的确定图3.6碳钢的锻造温度范围

3.3锻造温度的确定1、确定始锻温度？保证坯料在加热过程中不产生过烧，也要尽力避免过热。碳钢始锻温度：比固相线低

150-250℃碳钢始锻温度随含碳量增加而降低3.3锻造温度的确定1、确定始锻温度还应考虑坯料组织、锻造方式和变形工艺过程等。钢锭始锻温度可比同种钢坯和钢材高20-50℃大型锻件最后一火的始锻温度应根据剩余锻造比确定，避免锻后晶粒粗大。3.3锻造温度的确定2、确定终锻温度？既要保证金属终锻前具有足够塑性，又要保证锻件获得良好组织性能。钢的终锻温度应稍高于其再结晶温度碳钢终锻温度约在Ar1线上25-75℃3.3锻造温度的确定2、确定终锻温度也与钢种、锻造工序、后续工艺有关3.3锻造温度的确定3.3锻造温度的确定3.3锻造温度的确定3.4锻造的加热规范1）加热规范

定义：坯料从装炉开始到加热结束整个过程对炉温和坯料温度随时间变化的规定。

图3.7锻造加热类型3.4锻造的加热规范2）制定加热规范的基本原则

优质、高效、低消耗3）制定加热规范的方法加热三阶段：预热、加热、保温加热规范的要素：温度、速度、时间3.4锻造的加热规范

取决于温度应力，与钢的导温性和坯料的大小有关。

导温性好，尺寸小的钢材，装炉温度不受限制。导温性差，尺寸大的钢材，应规定装炉温度，并在该温度下保温一定时间。装料炉温3.4锻造的加热规范

图3.8钢锭加热的装炉温度及保温时间1－Ⅰ组冷锭的装炉温度2－Ⅱ组冷锭的装炉温度3－Ⅲ组冷锭的装炉温度4－热锭的装炉温度3.4锻造的加热规范

加热速度

表示最大可能的加热速度坯料允许的加热速度类型单位时间内金属表面温度升高的多少（℃/h）单位时间内金属截面热透的数值mm2/min炉子类型、燃料状况、坯料的形状尺寸及放置位置3.4锻造的加热规范

加热速度加热导热性好的坯料：用最大的加热速度加热加热导热性差的坯料：在低温阶段，以坯料允许的加热速度加热，升到高温后，按最大加热速度加热。3.4锻造的加热规范保温目的保温时间（1）装炉温度下的保温防止金属在温度应力作用下破坏。（钢在200～400℃可能因蓝脆而发生破坏）3.4锻造的加热规范保温目的保温时间（2）700～850℃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力，使锻造温度下的保温时间不至过长。3.4锻造的加热规范保温目的保温时间（3）锻造温度下的保温减少钢料的截面温差使温度均匀；借助扩散作用，使组织均匀化。3.4锻造的加热规范终锻温度下的保温时间

●最小保温时间：能够使钢料温差达到规定的均匀程度所需的最短时间，可参考图3.9和3.10。●最大保温时间：不产生过热、过烧缺陷的最大允许保温时间。保温时间3.4锻造的加热规范图3.9炉温为1200℃时钢料截面温度差与温度头、坯料直径的关系图3.10均热最小保温时间与温度头坯料直径的关系m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3.4锻造的加热规范

定义：加热各个阶段保温时间和升温时间的总和

确定方法：1）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1200℃所需要的加热时间可按下式计算：加热时间3.4锻造的加热规范与钢化学成分有关的系数，中低碳钢取10，高碳和高合金钢取202）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t可按下式确定：采用室式炉加热时，加热时间的确定方法如下图加热时间3.4锻造的加热规范加热时间3.4锻造的加热规范中小型钢坯在室式炉中的加热时间

钢锭的加热规范大型钢锭：多段加热规范（防止温度应力过大）小型碳素钢和低合金钢锭：一段快速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3.4锻造的加热规范

钢材与小钢坯的加热规范直径小于150～200mm的碳素结构钢材和直径小于100mm的合金结构钢材，采用一段加热规范。3.4锻造的加热规范

钢材与小钢坯的加热规范：直径为200～350mm的碳素结构钢坯（含碳量大于0.45～0.50%）和合金结构钢坯，采用三段加热规范。3.4锻造的加热规范

钢材与小钢坯的加热规范：对于导温性差、热敏感性强的高合金钢坯（如高铬钢、高速钢），则需采取低温装炉，装炉温度为400～6500C。3.4锻造的加热规范3.5金属的少、无氧化加热1.快速加热2.少无氧化火焰加热3.介质保护加热减少金属的氧化烧损（烧损量小于5％）和脱碳，限制氧化皮厚度在0.05～0.06mm以下。

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。目的实现方法3.5金属的少、无氧化加热3.5.1快速加热1火焰加热法的辐射加热和对流快速加热2电加热法的感应电加热和接触式电加热3.5金属的少、无氧化加热3.5.2介质保护加热通保护气体的马弗炉示意图

1—烧嘴2—马弗管3—坯料采用火焰加热的方法，通过控制燃烧炉气的性质，使钢料加热且少无氧化，即称少无氧化火焰加热。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。控制因素1.加热时氧气含量2.火焰加热反应前后的生成物与反应物的浓度比3.5金属的少、无氧化加热采用火焰加热的方法，通过控制燃烧炉气的性质，使钢料加热且少无氧化，即称少无氧化火焰加热。空气消耗系数又称空气过剩系数，是燃料燃烧实