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第二章锻造用坯料及加热(新版)

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锻造工艺过程及模具设计第3章锻造的加热

锻造工艺过程及模具设计第3章锻造的加热
白点呈纯脆性。
3.6.2 锻件的冷却规范
1．空冷 ：在空气中冷却，速度较快 。
2．坑（箱）冷：锻件锻后放到地坑 或铁箱中封闭冷却，或埋入坑中砂 子、石灰或炉渣内冷却。
3．炉冷：锻件锻后直接装入炉中按 一定的冷却规范缓慢冷却。
3.7 中小钢锻件的热处理
3.7.1 退火 退火是将钢加热到一定的温度，保温
1）反应是可逆反应，向右：氧化反应，向左：
还原反应。 2）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 烧实际供给的空气量与理论计算空气量之比。 3）空气充足时，炉气呈氧化性，空气不足时， 炉 气呈还原性。 4）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：
• 电热体材料：铁铬铝合金 镍铬合金 碳化硅元件 二硅化钼
图3.1 电阻炉原理图 1－电热体 2－坯料 3－变压器
●盐浴炉加热原理： 电流通过炉内电极产生
的热量把导电介质——盐熔 融，通过高温介质的对流与 传导将埋入介质中的金属加 热。 ●盐浴炉的分类：按照热源的 位置分外热式和内热式。 ●盐浴炉加热的优点：
、
辐射加热坯料。
燃料来源方便、加热炉修造容易、
加热费低、适应性强。
缺点：：劳动条件差，加热速度慢， 质量低、热效率低。
应用范围：大、中、小型坯料。
2 电加热 利用电能转换热能来加热坯料。
1）电阻加热 电阻加热与火焰加热原理相同，根据
发热元件的不同分为： 电阻炉加热、 盐浴炉加热、接触电
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。原理如图3.1。
升温快、加热均匀，可 以实现 金属坯料整体或局 部的无氧化加热。 ●盐浴炉加热的缺点：

第二章 锻造

第二章 锻造
特点（与自由锻相比）： ①生产效率高； ②锻件尺寸精度高，机加工余量小； ③可锻造形状较复杂的锻件； ④可实现大批量生产，节省金属材料，降低成本； ⑤操作简单，易于实现机械化、自动化。
1.锤上模锻
动画演示
（一）锻模结构
（二）模膛的分类Leabharlann 模膛预锻模膛 模锻模膛
终锻模膛
拔长模膛
制坯模膛
摩擦压力机上模锻生产特点
4.胎模锻造
动画演示
1) 扣模 2) 筒模
3) 合模
§2-2 锻造工艺规程的制订
1. 锻件图的绘制 1）敷料、余量及公差的确定 2）分模面的选择 3）设计模锻斜度、圆角半径 4）确定冲孔连皮
b
a
a
c
d
cd
b
2. 坯料重量和尺寸的计算
3. 锻造工序的确定
G坯料 = G锻件+G料头+G烧损 模锻件的工序确定
自由锻的结构工艺性
模锻件结构工艺性
滚压模膛 弯曲模膛
切断模膛
根据模锻件的复杂程度，所需变形的模膛数 量不等，可将锻模设计成单膛锻模或多膛锻模。
单膛锻模：一副锻模上只具有一个终锻模膛。
多膛锻模：是在一副锻模上具有两个以上模膛的 锻模。
弯曲连杆零件
2. 曲柄压力机上模锻 动画演示
曲柄压力机上模锻生产特点
曲柄压力机上模锻所用模具 ⒊摩擦压力机上模锻
4、锻造工艺规程中的其它内容
材料种类 低碳钢 中碳钢 合金结构钢
始锻温度/℃ 1200~1250 1150~1200 1100~1180
终锻温度/℃ 800 800 850
温度(℃) 火色
1300 1200 1100 900 800 700 小于600 白色 亮黄 黄色 樱红 赤红 暗红 黑色

金属锻造工艺

金属锻造工艺

总结谢 谢 大 家！ Nhomakorabea金属工艺学
金属锻造工艺
一、坯料的加热
1、加热的目的
提高塑性、降低变形抗力，改善其可锻性 而获得良好的组织。
注：非合金钢、低合金钢和合金钢锻造时都应 尽可能在单相奥氏体区内进行，因为奥氏体组织 有良好的塑性和均匀一致的组织。
2、锻造温度范围
指由始端温度到终锻温度之间的温度间隔。
1）始锻温度 开始锻造时的温度，也是允许锻造 的最高温度。
冲孔
是指在坯料上冲出透孔或不 透孔的锻造工序。
切割
弯曲
将坯料弯成所规定的外形的 锻造工序。
扭转
将坯料的一部分相对于另一部分绕 其轴线旋转一定角度的锻造工序。
错移
将坯料的一部分相对于另一部分 平行错开一段距离的锻造工序。
锻接
将两件坯料在炉内加热到高温后，用锤 快打，使两者在固态结合的锻造工序。
380 800~850
二、锻造成形 —自由锻
自由锻是指只用简单的通用性工具，或在 锻造设备的上下砧铁之间直接对坯料施加 外力，使坯料产生变形而获得所需的几何 形状及内部质量的锻件的加工方法。
采用自由锻方法生产的锻件称为自由锻件。
镦粗
指使毛坯高低减小、横截面积 增大的锻造工艺。
拔长
指使毛坯横截面积减小，长度增 加的锻造工序。
始锻温度℃ 1280 1200 1100
1150~1200 1050~1150 1150~1180 1100~1150 1100~1150
850~900 450~480 950~970
终锻温度℃ 700 800 700
800~850 800~850 825~850
850 900~950 650~700

第二章锻造

第二章锻造
滚压操作时需不断翻转坯料，但不作送进运动。
弯曲模膛：对于弯曲的杆类模锻件，需采用弯 曲模膛来弯曲坯料。坯料可直接或先经其它 制坯工步后放入弯曲模膛进行弯曲变形。
切断模膛：它是在上模与下模的角部组成的一 对刃口，用来切断金属。单件锻造时，用它 从坯料上切下锻件或从锻件上切下钳口；多 件锻造时，用它来分离成单个锻件。
4．模锻圆角半径
模锻圆角：指模锻件中断面形状和平面形状变
化部位棱角的圆角和拐角处的圆角。
作用：圆角结构可使金属易于充满模膛，避免锻
模的尖角处产生裂纹，减缓锻件外尖角处的磨损， 从而提高锻模的使用寿命。同时可增大锻件的强 度。
大小：模锻件外圆角半径(r)取1.5～12mm，内
圆角半径(R)比外圆角半径大 2～3倍。模膛越深 圆角半径的取值就越大。
二、坯料重量和尺寸的确定
坯料重量可按下式计算：
G坯料=G锻件+G烧损+G料头
式中：G坯料——坯料重量； G锻件——锻件重量； G烧损——加热中坯料ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ面因氧化而烧损的重量； 第一次加热取被加热金属重量的2%～3%； 以后各次加热的烧损量取1.5%～2.0%。 G料头——锻造过程中冲掉或被切掉的那部分金属
第4二.2节锻锻造造
锻造：在加压设备及工具作用下，使坯料、 铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得 一定尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。
第一节 锻造方法
一、自由锻
定义：指用简单的通用工具，或在锻造设备的上
下砧间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及 内部质量锻件的方法。
设备：
锻锤 中小型锻件 液压锤 大型件
适用范围：大批量生产中锻制中小型锻件。
优点：锻件精度高、生产率高、劳动条件好、节

《机械制造工艺基础》第二章锻压试卷

《机械制造工艺基础》第二章锻压试卷

《机械制造工艺基础》第二章锻压试卷一、单项选择题1.空气锤的吨位大小以( )表示。

(2 分)A.空气锤的质量B.锤头的冲击能量C.锤头落下部分的质量D.锤头的最大工作压力2.对于高合金钢及大型锻件,应采用的冷却方法有( )。

(2 分)A.空冷B.灰砂冷C.炉冷D.坑冷3.金属锻造工艺过程中的重要环节是( )。

(2 分)A.预热B.加热C.保温D.冷却4.空心毛坯采用芯棒拔长锻造工序可以( )。

(2 分)A.增大毛坯内径B.增大毛坯外径C.增加毛坯长度D.减小毛坯壁厚5.锻造大型锻件应采用( )。

(2 分)A.手工自由锻B.机器自由锻C.胎模锻D.模锻6.终锻模膛一般设置在锻模的居中位置的原因是( )。

(2 分)A.防止锻件产生飞边B.使终锻时锤击力比较集中,锻件受力均匀C.防止偏心、错移等缺陷D.增大终锻时的锤击力7.锻造时,应采用先低温预热,然后再快速加热工艺的金属材料有( )。

(2 分)A.低碳钢B.高碳钢C.高合金钢D.有色金属8.用胎模成形锻造形状复杂的非回转体锻件应采用( )。

(2 分)A.闭式套模B.扣模C.合模D.摔模9.自由锻件产生折叠缺陷的原因是( )。

(2 分)A.锻压时送进量小于单面压下量B.锻造温度过低C.加热时坯料内部未热透D.锻件冷却不当10.自由锻冲孔时,为了便于从坯料中取出冲子,应在冲孔位置(凹痕中)撒置一些( )。

(2 分)A.石墨粉B.煤粉C.石英粉D.木屑二、判断题11.( )弯形和拉深都是冲压的成形工序。

(2 分)12.( )金属的塑性越好,其可锻性越好。

(2 分)13.( )胎模锻是在自由锻设备上进行锻造,而模锻是在专用的模锻设备上进行锻造的。

(2 分)14.( )拉深时,变形区是在一拉一压的应力状态下,使板料或浅的空心坯成形为空心件或深的空心件,而厚度基本不变。

(2 分)15.( )锻件坑冷的冷却速度较灰砂冷的冷却速度慢。

(2 分)16.( )对于导热性较差的金属材料或断面尺寸较大的坯料,加热时应先进行低温预热,然后再快速加热。

锻造用不锈钢坯料

锻造用不锈钢坯料

锻造用不锈钢坯料第一章绪论1.1 不锈钢坯料的特点不锈钢是一种特殊的钢铁材料，具有抗腐蚀、耐磨损、耐高温等优良性能，因此在航空航天、核能、石化、海洋工程、食品加工等领域有广泛的应用。

而不锈钢坯料是不锈钢材料的一种预制品，通常用于锻造成各种形状的零部件。

不锈钢坯料具有高强度、高韧性、高硬度等特点，适合于机械加工，热处理和焊接等工艺。

1.2 不锈钢坯料的用途不锈钢坯料广泛应用于航空航天、核能、石化、海洋工程、食品加工等领域。

例如，航空航天领域的发动机零部件、燃气轮机叶片、轴承等；核能领域的核反应堆压力容器、核燃料元件等；石化领域的化工设备、管道、阀门等；海洋工程领域的海洋平台、海洋管道等；食品加工领域的食品加工设备、食品容器等。

1.3 不锈钢坯料的加工工艺不锈钢坯料的加工工艺包括锻造、热处理、机械加工和焊接等。

其中，锻造是将坯料加热至一定温度，然后通过冷、热锻等方式使其形成所需形状和尺寸的工艺。

热处理是通过加热和冷却等方式改变坯料的组织和性能的工艺。

机械加工是通过车、铣、钻等机床对坯料进行切削、成形等工艺。

焊接是将两个或多个坯料通过熔合、压力连接等方式进行连结的工艺。

第二章锻造工艺2.1 不锈钢坯料的热处理工艺不锈钢坯料的热处理工艺包括退火、正火、淬火等。

其中，退火是将坯料加热至一定温度，然后缓慢冷却至室温的工艺，目的是消除加工硬化、提高塑性和韧性。

正火是将坯料加热至一定温度，然后保温一定时间，最后冷却至室温的工艺，目的是调质、均匀组织和提高硬度。

淬火是将坯料加热至一定温度，然后迅速冷却至室温的工艺，目的是使其获得高硬度和高强度。

2.2 不锈钢坯料的锻造工艺不锈钢坯料的锻造工艺包括热锻、冷锻等。

其中，热锻是将坯料加热至约1100～1250℃，然后在此温度下进行成形的工艺，热锻适用于对坯料进行大变形，精密成形和复杂成形。

冷锻是将坯料在室温下进行成形的工艺，适用于对坯料进行小变形，细密成形和简单成形。

2.3 不锈钢坯料的锻造设备不锈钢坯料的锻造设备包括锻造机床、冷镦、热处理炉等。

机械制造工艺基础(第二章)教案

机械制造工艺基础(第二章)教案

任课教师：胡迎春 班级：13级车、铣、钳 日期：4.28第二章锻压单元计划目的要求 1、掌握锻造的分类及工艺过程。

2、了解锻造的特点及应用。

3、掌握冲压的分类、特点及应用。

4、能够准确的判断锻造缺陷及产生的原因。

重点 1、锻造的分类及工艺过程。

2、冲压的分类。

3、锻造中的缺陷及产生的原因。

难点 自由锻与模锻的区别、冲压的不同工序。

课时安排 概述（1个课时）金属的加热和锻件冷却（1个课时）自由锻（2个课时）模锻（1个课时）冲压（1个课时）复习（1个课时）讲解习题册（1个课时）任课教师：胡迎春 班级：13级车、铣、钳 日期：4.29课程名称 机械制造工艺基础授课内容 教材对应位置 审批：压力加工 章 节二 1授课时数 1 授课时间 第二周 授课方式 讲授法教学目标认 知 目 标 掌握锻压的定义分类。

掌握锻造、冲压的定义及分类。

了解锻造、冲压的特点。

了解其他的压力加工的方法。

情 感 目 标 开拓思维，全面灵活的考虑、处理问题专业能力目标 锻压的定义及分类。

锻造冲压的定义分类。

教学重难点 教学重点 锻压的定义及分类。

锻造冲压的定义分类。

教学难点 压力加工的工序突破方法 通过观看锻压的加工视频、例举常见的锻压零件的实例加强理解。

自主探究 学生自行讨论在实际中所见到的锻压。

教 具 多媒体教学过程 主要内容及步骤组织教学 维持秩序、清点人数导入新课 把原材料制成毛坯是零件加工的前提，通常是由热加工工序来完成。

确定零件的结构时，必须与毛坯制造的工艺特点相适应，机械加工常用的毛坯有铸件、锻件、焊件和型材。

本章着重介绍应用普遍的锻压。

讲授新课 第二章 锻压§2－1 压力加工锻压：对坯料施加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。

一、锻造教学过程 主 要 教 学 内 容 及 步 骤讲授新课锻造：在加压设备及工（模）具的作用下，使金属坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何形状、尺寸和质量的锻件的加工方法。

机械制造工艺基础第二章锻压教案

机械制造工艺基础第二章锻压教案
1）制坯模膛：将坯料经数次变形，使之逐步锻成与锻 件形状近似的毛坯的模膛叫制坯模膛。形状复杂的锻件要 经制坯模膛的锻造变形，以利于金属的均匀变形，从而获 得准确形状的模锻件。
2）模锻模膛：是锻件最终成形的模膛，它包括预锻模 膛和终锻模膛。
预锻模膛是复杂锻件制坯后预锻变形用的模膛，其功用 是使毛坯形状和尺寸更接近锻件，在终锻时能更容易充填 终锻模膛，同时改善坯料锻造时的流动重条件和提高终锻 模膛的使用寿命。
2、终锻温度：是指终止锻造的温度一般来说终锻温度 应尽可能低一些，这样可以延长锻造时间，减少加热次数。 但温度过低，会使金属的塑性降低，变形抗力变大，可锻 性变差，金属还会产生加工硬化，发生开裂。而终锻温度 过高，锻件会因晶粒比较粗大而降低力学性能。通常把变 形允许的最低温度定为终锻温度。
3、锻造温度范围：是指锻件的始锻温度与终锻温度的 间隔。不同钢材的锻造温度范围不同。一般含碳量越高， 则始锻温度越低。有色金属合金的锻造温度范围均比碳素 钢的锻造温度范围窄。一般金属变形必须在锻造温度范围 内进行，否则锻件会开开裂或变形困难。
套模、合模(图c，d)均为成形模。套模分开式和闭式两种：开 式套模只有下模，上模由上砧块代替，适用于回转体料的制坯或 成形，锻造时常产生小飞边；闭式套模锻造时，坯料在封闭模膛 中变形，无飞边，但产生纵向毛刺，除能完成制坯或成形外，还 可以冲孔。合模一般由上、下模及导向装置(定位销)组成，用于 形状复杂的非回转体锻件的成形。
冲压的基本工序可以分为分离工序和成形工序两在类。
三、压力加工简介 使毛坯材料产生塑性变形或分离而无切屑的加工方法称
为压力加工。锻造和冲压是应用最为普遍的压力加工。常 见的压力加工还有轧制、拉拔、挤压等。
轧制：金属坯料在两个回转轧辊的空隙中受压变形 拉拔：将金属坯料通过拔拉模的模孔而变形 挤压：金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形

加热、锻造工艺规程—新

加热、锻造工艺规程—新

GCr6～GCr15、GCr15SiMn、9Cr2、9Cr2Mo、9Cr2MoV、9Cr2W、9Cr3Mo、MC3、 易裂钢种
MC5、5CrMnMo、5CrNiMo、Cr2、4-6CrW2Si、4Cr5MoVSi、4Cr5MoVSi1、1Cr5Mo、
CrW5、Cr12、Cr12MoV、CrMn、Cr12V1、9Cr18Mo 等
2） 50 ～ 70,35～ 50Cr,35～ 42CrMo,12 ～ 35CrMoV,35 ～ 50Mn2 ，
35 ～ 50Mn,20 ～ 35CrMnV,20CrMnMo,20 ～ 55SiMn,20 ～
35CrMnSi，21CrMo10，12Cr1MoV，12Cr2Mo1，34CrMo1A，30～
炉内预热一段时间（见表 2）后仍按热锭加热。
表 1 半热锭预热时间
锭重
≤3.7t 4～9.5t 10～13.5t 14～17.5t 18～21.5t ≥22t
预热时间（h） 1
2
3
4
5
≥6
表 2 冷锭预热时间
锭重
≤3.7t 4～9.5t 10～13.5t 14～17.5t 18～21.5t ≥22t
3） T7～T12，5CrNiW，3Cr2W8（V），18CrNiW，5CrMnSiMo（V），
14～18CrMnMoVB，1Cr5Mo，0～2Cr18Ni9Ti，9Cr2（Mo）（W），
确定: K> 1.6， 可按允许的最高始锻温度加热； K= 1.3 ～ 1.6，最高加热温度1050℃； K< 1 .3 ，最高加热温度950℃（结合钢种分类）。
2.3.5加热曲线中的三段保温时间，即低温段（700℃以下）、中温段（700℃～900℃）和高 温段（900℃以上）保温为最小保温时间，其中低温段最大保温时间不限，中温段最大保温 时间为24h，高温段最大保温时间详见表9。 2.3.6 加热实际操作记录要详细准确。按规定每一小时记录一次炉内温度、天然气压力及流 量，并记录清楚工艺执行过程中的时间拐点（如：点火、升温、降温、保温、装炉、出炉等）， 并记清楚钢锭（或锻件）出炉、去向、材质、产品编号、吨位等，并画好装炉草图。

锻造工艺与模具设计-锻前加热、锻后冷却与热处理

锻造工艺与模具设计-锻前加热、锻后冷却与热处理

第二篇锻造工艺与模具设计锻造：以锭料或棒料为原材料时，称为锻造，在锻造加工中，坯料发生明显的塑性变形，有较大量的塑性流动。

自由锻：只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量锻件的方法。

模锻：利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。

锻压生产过程•锻压的生产过程包括成形前的锻坯下料、锻坯加热；成形；成形后工件的热处理、清理、校正和检验。

法兰生产工艺流程主导产品——大型铸锻件：电站锻件、船用锻件等亚临界汽轮机缸体、超临界缸体、亚临界汽轮机（600MW及600MW以下）高中压转子、中压主轴、超纯转子、高低压联合转子、低压转子、叶轮等火力发电机组（300MW及300MW以下）铸锻件；大型船用铸锻件等。

300MW发电机转子300MW缸体1-1 锻前加热的目的及方法1 目的：提高金属塑性，降低变形抗力，即增加金属的可锻性，从而使金属易于流动成形，并使锻件获得良好的锻后组织和力学性能。

1-1 锻前加热的目的及方法2 方法：金属坯料的加热方法，按所采用的热源不同，可分为：¾燃料加热：¾电加热：[1] 燃料(火焰)加热燃料加热是利用固体(煤、焦炭等)、液体(重油、柴油等)或气体(煤气、天然气等)燃料燃烧时所产生的热量对坯料进行加热。

燃料在燃料炉内燃烧产生高温炉气(火焰)，通过炉气对流、炉围(炉墙和炉顶)辐射和炉底传导等传热方式，使金属坯料得到热量而被加热。

在低温(650℃以下)炉中，金属加热主要依靠对流传热，在中温(650~1000℃)和高温(1000℃以上)炉中，金属加热则以辐射方式为主。

在普通高温锻造炉中，辐射传热量可占到总传热量的90%以上。

[1] 燃料(火焰)加热优点：燃料来源广泛，炉子建造容易，加热费用低，对坯料适应范围广等。

缺点：劳动条件差，金属氧化烧损严重，加热质量难以控制等。

目前，该方法仍是锻造加热的主要方法，广泛用于自由锻、模锻时的对各种大、中、小型坯料的加热。

锻造工艺

锻造工艺

第一章，锻造用材料准备1`锻造是金属塑性成形工艺的一种，属于体积成形技术. 锻造就是要使金属由一种形态在无切削的情况下变形为另一种形态的过程，通常需要大型设备。

2`为什么要锻造改善组织性能；提高材料利用率。

3`模锻根据使用的设备：锤上模锻——模锻锤./螺旋压力机上模锻——螺旋压力机./锻压机上模锻——模锻压力机、平锻机、模锻液压机等4`锻造生产流程：备料—加热—锻造—热处理—清理—校正—质检5`优势：锻件的力学性能高/ 模锻具有较高的生产效率/可提高材料利用率不足：工艺难度大/工作条件差/对环境有一定的影响6锻造用原材料从材质上分黑色金属/有色金属有色金属：铝合金镁合金铜及其合金钛合金镍合金等..从形态上分：钢锭（大型锻件）/轧材、挤压棒材和锻坯（中小型锻件）.7锻造用钢锭8钢锭的内部缺陷（1）偏析：各处的成分、杂质分布不均匀（2）夹杂：冶炼中氧化物、硫化物、硅酸盐等非金属夹杂外来夹杂物（3）气体：钢锭中的有害气体（氢、氧等）（4）气泡：主要分布在钢锭的冒口、底部及中心部位（5）缩孔：在最后凝固的冒口区，由于冷凝结晶时没有钢液补充而形成孔洞性缺陷组织，同时含有大量杂质。

（6）疏松：主要集中在钢锭中心部位，产生的原因与缩孔相同，它使钢锭组织致密度降低。

9晶粒度：用于描述晶粒大小的参数，常用的是1~8级。

常用的表示方法：8级的晶粒实际平均长度0.0196mm。

1级的晶粒实际平均长度0.222mm。

单位体积的晶粒数目（ZV）单位面积内的晶粒数目（ZS）晶粒的平均线长度（或直径）10下料方法剪切下料是一种普遍采用的方法(专用剪床、曲柄压力机、液压机、锻锤)优点：（a）效率高、操作简单（b）断口无金属损耗、模具费用低（c）对设备要求低缺点：（a）坯料局部被压扁（b）端面不平整（c）剪断面常有毛刺和裂缝（d）下料不准确锯切法(圆盘锯、弓形据、带锯)优点：（a）下料长度准确（b）端面平整缺点：（a）生产效率低（b）锯口有材料损耗切割法(利用气割器或普通焊枪，把坯料局部加热至熔化温度，逐步使之熔断。

第二章 锻造

第二章 锻造

材料及热加工工艺—第三篇 金属塑性加工
2） 坯料质量及尺寸计算 坯料质量的计算公式： 坯料质量的计算公式
根据： 根据：锻件图
m坯料 = m锻件 + m烧损 + m料头
其中： 取决于加热次数（火次）， ），首次加热 其中：m烧损取决于加热次数（火次），首次加热 取被加热金属质量2 3%；以后每次取1.5 2%。 1.5取被加热金属质量2-3%；以后每次取1.5-2%。 m料头指锻造过程中被冲掉或切掉的那部分金属的 质量。 质量。 确定坯料的尺寸： 确定坯料的尺寸： 根据坯料重量和几何形状来确定， 根据坯料重量和几何形状来确定，还应考虑坯料 在锻造中所必需的变形程度，即锻造比的问题。 在锻造中所必需的变形程度，即锻造比的问题。
西安理工大学材料科学与工程学院 school of material science and engineering of XAUT
材料及热加工工艺—第三篇 金属塑性加工
西安理工大学材料科学与工程学院 school of material science and engineering of XAUT
西安理工大学材料科学与工程学院 school of material science and engineering of XAUT
材料及热加工工艺—第三篇 金属塑性加工
3） 选 择 锻 造 工 序
西安理工大学材料科学与工程学院 school of material science and engineering of XAUT
西安理工大学材料科学与工程学院 school of material science and engineering of XAUT
材料及热加工工艺—第三篇 金属塑性加工

第二章坯料及加热

第二章坯料及加热

3、一般锯切
用边缘具有许多锯齿的刀具（锯条、圆锯片、锯带）或薄片砂轮等将工 件或材料切出狭槽或进行分割的切削加工。锯切可按所用刀具形式分为 弓锯切、圆锯切、带锯切和砂轮锯切等。
圆盘锯床
圆盘锯床
圆锯片作旋转的切 削运动，同时随锯 刀箱作进给运动
带锯下料是近十几年来在国内的锻造、机械加工行业获得广泛应用的一种高效、 经济、快速的下料方法，如图所示。带锯的切割效率超过了圆盘锯，它能向冷 热锻造成形设备、挤压机、辊轧机、高效六角车床、自动机等提供金属坯料
电阻加热 （电阻炉加热、 接触电加热、盐浴炉加热） 感应电加热


⑴电阻加热其传热原理与火焰加热相同。根据电阻发热元件 的不同，有电阻炉加热、接触电加热、盐浴炉加热等。 ①电阻炉加热：利用电流通过炉内的电热体产生的热量进行 加热。该法受电热体的使用温度的限制，热效率较低。在电 阻炉内辐射传热是加热金属的主要方式。

③盐浴炉加热：是电流通过炉内电极产生的热量把导电 介质熔融，通过高温介质的对流与传导将其中的坯料加
热。这种方法的加热速度快，加热温度均匀，可以实现
坯料的整体或局部的无氧化加热。但其热效率低，辅助 材料消耗大，劳动条件差。
⑵感应电加热 坯料放入感应圈
中，在交变电流的感应电动势的 作用下，坯料表面形成强大的涡 流，使坯料内部的电能直接转变 为热能而加热。
(一) 金属加热过程中的氧化

金属在高温炉内加热时，金属表面的合金元素 将和炉气中的氧化气体（如O2、CO2、H2O、 和SO2）发生反应，使金属表层生成氧化皮，这 种现象称为氧化，或叫烧损。

氧化过程实质是扩散过程。即炉气中氧以原子状态吸附
到钢料表层后向内扩散，而钢料表层中的铁则以离子状

第二章锻造用原材料及坯料准备概论

第二章锻造用原材料及坯料准备概论
第2 章 锻造用原材料及坯料准备
• • • • • 2.1 锻造用钢锭与型材 2.2 下料和下料方法 2.3 模锻时的润滑 2.4 钢的软化退火 2.5 钢的磷化处理
锻前材料准备主要包含以下两项内容： 1）选择材料；2）锻件大小切成一定长度的毛坯。 碳素钢 合金钢 按组织成分 有色金属 贵金属 铸造钢锭 轧材 挤压棒材 锻坯
• 当氢含量达到一定数值后，锻后冷却时锻件内部 会产生白点缺陷。氢含量过高还会引起氢脆现象， 使钢的塑性显著下降。
⑷缩孔和疏松 • 缩孔在冒口区（凝固最慢），由于冷却时钢液补 充不足而形成，含有大量杂质，因此必须将缩孔 与冒口一起切除。 • 疏松集中在中心部位，由于晶间钢液最后凝固收 缩或钢液凝固过程中析出气体形成，会降低组织 的致密度，破坏金属的连续性，在锻造时需用大 变形才能消除。
型材内部缺陷
白点
1) 折叠
• 折叠是轧材表面的常见缺陷，折痕方向为 轧制方向，边缘弯曲不齐，有时存在一些 氧化物夹杂物。 • 夹杂物一般较长，在棒材两侧对称分布。 折叠与表面呈一定的角度向里深入，中间 存在大量的氧化物，并有脱碳现象，其根 部可发现沿锻、轧方向的塑性变形。 • 若棒材表面存在折叠，必须剥去皮料，否 则可能会使大批成形件成为废品。
3) 发纹
• 发纹大多出现在钢材表面，在钢材的内部 也有存在。发纹往往需要磁粉探伤或者热 酸浸后才能显示。 • 钢中夹杂物、气泡或疏松等缺陷，在热加 工过程中沿锻、轧方向延伸而形成细小纹 缕， 这就是发纹。 • 发纹一般顺着钢材的纤维方向，长短不一， 细如发丝，头部较浅较尖。往往在发纹中 可以发现夹杂物，发纹的周围无氧化脱碳 现象。
• 钢材表面的发纹是冷锻成形用钢的一个重 大缺陷。 • 在冷锻成形后开裂的零件中，多数由于产 生这种缺陷引起。 • 锻造成形过程中，材料要受到很大程度的 压缩，表面存在着较大的周向拉应力。 • 如果材料表面存在着发纹，那么在锻造成 形时，发纹处势必引起应力集中，可能造 成开裂。

毛坯加热与锻件冷却

毛坯加热与锻件冷却

第一节 毛坯加热方法
一、锻前加热的目的及方法
二、金属加热时的变化和常见的缺陷
三、金属材料锻造温度范围的确定
二、金属加热时的变化和常见的缺陷
四、金属的加热规范
• 金属在加热过程中，由于能量升高，原子的振动加快，振幅 增大，以及电子运动的自由行程改变，还有周围介质的影响 等原因，金属将发生如下变化： • （1）化学变化 金属表层与炉气或周围其它介质发生氧化、 脱碳、吸氢等化学变化，结果生成氧化皮与脱碳层等缺陷。 • （2）物理变化 金属的物理性能，如导热系数、导温系数、 膨胀系数、密度等均随温度的升高而变化。 • （3）组织结构变化 大多数金属在加热过程中不仅有组织转 变，其晶粒也会长大，严重时会造成过热、过烧。 • （4）力学性能变化 总的趋势是随着加热温度的升高，金属 的塑性提高，变形抗力降低，残余应力逐步消失，但也可能 产生温度应力与组织应力，过大的内应力会引起加热的金属 （特别是合金化程度高的合金）开裂。
• •
第一节 毛坯加热方法
一、锻前加热的目的及方法
二、金属加热时的变化和常见的缺陷
三、金属材料锻造温度范围的确定
四、金属的加热规范
2. 电加热
• • 电加热是将电能转换为热能而对金属坯料进行加热。 电加热具有加热速度快、炉温控制准确、加热质量好、工件氧化少、劳动条件好、 易于实现自动化操作等优点；但设备投资较大，加热成本较高。 • 随着我国发电量持续快速增长，加上环保的需要，在锻造生产中采用电能加热也 在快速增长。 • 按电能转换为热能的方式可分为电阻加热和感应加热。
第一节 毛坯加热方法
一、锻前加热的目的及方法
二、金属加热时的变化和常见的缺陷
三、金属材料锻造温度范围的确定
三、金属材料锻造温度范围的确定

第二章锻造用坯料及加热(新版)

第二章锻造用坯料及加热(新版)

1. 剪切法
特点： 效率高，操作简单，断口无金属损耗，
模具费用低等。 下料设备： 专用剪床、通用曲柄压力机、液压机、 锻锤。
图2-2 剪切示意图
缺点：
坯料局部被压扁， 端面不平整， 剪断面常有毛 刺和裂缝。
图2-3 剪切下料过程
图2-4 剪床下料
图2-5 带支承的剪切下料
图2-6 轴向加压剪切
优点：设备简单，便于野外作业。
缺点：切割面不平整，精度差，生产效率低， 断口金属损耗大， 劳动条件差， 对操作技术要求高。
第二节 锻前加热与锻造温度范围
一、金属的锻前加热
（一）加热目的 塑性， 变形抗力，流动成形， 锻后组织。 （二）加热方法 火焰加热， 电加热。
1．火焰加热 燃料： 煤、焦炭、油、煤气和天然气等。 传热方式： 对流、辐射、 热传导。 优点：燃料来源方便， 加热炉修造容易， 加热费用较低， 加热的适应性强等。 缺点： 劳动条件差， 环境污染严重， 加热速度慢， 加热质量差， 热效率低等。
1）一段加热方式: 导温性好与断面尺寸小的坯料。
2）二段加热方式: 一段加热方式实际上成为第二种加热方式，
人工控制， 将炉温降至某一预定值， 减小坯料断面上的温度差。
3）三段加热方式 断面尺寸较大，导温性较差的坯料。 低温预热， 最大可能的加热速度升温， 最高加热温度。
4）四段加热方式
材料性质，升温过程分两段进行。
关键： 确定合适的冷却速度。 材料性质
形状尺寸 锻造变形情况 选择冷却方法
冷却规范的内容： 合金化程度较低、 断面尺寸较小、 形状比较简单的锻件， 在空气中冷却。 反之则需坑冷或炉冷。
对于含碳量较高的钢， 空冷、 鼓风 或喷雾，
避免网状碳化物析出。 700℃， 坑冷或炉冷。 如碳素工具钢、 合金工具钢 及轴承钢等。 对于没有相变的钢， 空冷。 如奥氏体不锈钢： 800~550℃，快速冷却， 避免网状碳化物析出。 铁素体类钢在475℃回火脆性， 也要求快速冷却。
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不稳定过热 单纯原高温奥氏体晶粒粗大形成的过热。 用一般热处理方法可以消除。 如一般过热的结构钢， 正火、淬火。 稳定过热 不仅原高温奥氏体晶粒粗大，而且沿奥氏体晶界 （或孪晶界）大量析出第二相质点或薄膜。
包括杂质元素组成的化合物，如硫化物、碳化 物、碳氮化物等。
2．危害 晶粒粗大，机械性能显著降低，锻造时容易开裂。 3. 防止过热的措施 （1）加热温度， 保温时间。 （2）变形量。 （3）热工仪表
4．型材的常见缺陷
（1）划痕 （2）折叠 （3）发裂 （4）结疤 （5）碳化物偏析 （6）白点 （7）非金属夹杂流线 （8）铝合金的氧化膜 （9）粗晶环
二、下料方法
锻造所用原材料：型材 和 钢锭。 钢锭的下料方法：自由锻工序。 型材的下料方法：剪切法、 锯切法、 折断法 砂轮片切割法、 气割法等。
（二）脱碳 1．实质 扩散
2．危害
锻件表层变软，强度、 耐磨性、
疲劳性能降低。
脱碳层深度 < 机械加工余量， 对锻件质量无影响。 脱碳层深度 > 机械加工余量， 对锻件质量有影响。
3．影响因素
（1）化学成分
碳的质量分数， Al、Co、W、Mo、Si等元素，
Cr、Mn等元素。 （2）炉气成分 氧化介质（H2O、CO2、O2）， 还原性气体H2。
图2-16 温度应力（轴向）变化示意图 a）软钢锻件 1—表面应力 b）硬钢锻件 2—心部应力
马氏体：
比容: 0.127cm3/g，
奥氏体：
比容: 0.12~0.125 cm3/g。
图2-17 组织应力（切向） 的变化和分布示意图
（2）网状碳化物 形成条件：
过共析钢和轴承钢
终锻温度较高， Arcm→Ar1区间缓冷。 奥氏体不锈钢（如1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等）
对于在空冷中容易产生马氏体相变的钢， 如高速钢W18Cr4V， 不锈钢4Cr13、Cr18， 高合金工具钢3Cr2W8V、Cr12等， 组织应力，
裂纹， 缓冷。
对于高温合金， 利用锻件余热缓慢冷却， 堆放。 镍基高温合金， 在炉中冷却， 加热炉温度： T再+50~100℃， 保温时间7min。
对于铝合金和镁合金， 导热性好， 空冷， 水冷。
关键： 确定合适的冷却速度。 材料性质
形状尺寸 锻造变形情况 选择冷却方法
冷却规范的内容： 合金化程度较低、 断面尺寸较小、 形状比较简单的锻件， 在空气中冷却。 反之则需坑冷或炉冷。
对于含碳量较高的钢， 空冷、 鼓风 或喷雾，
避免网状碳化物析出。 700℃， 坑冷或炉冷。 如碳素工具钢、 合金工具钢 及轴承钢等。 对于没有相变的钢， 空冷。 如奥氏体不锈钢： 800~550℃，快速冷却， 避免网状碳化物析出。 铁素体类钢在475℃回火脆性， 也要求快速冷却。
优点：设备简单，便于野外作业。
缺点：切割面不平整，精度差，生产效率低， 断口金属损耗大， 劳动条件差， 对操作技术要求高。
第二节 锻前加热与锻造温度范围
一、金属的锻前加热
（一）加热目的 塑性， 变形抗力，流动成形， 锻后组织。 （二）加热方法 火焰加热， 电加热。
1．火焰加热 燃料： 煤、焦炭、油、煤气和天然气等。 传热方式： 对流、辐射、 热传导。 优点：燃料来源方便， 加热炉修造容易， 加热费用较低， 加热的适应性强等。 缺点： 劳动条件差， 环境污染严重， 加热速度慢， 加热质量差， 热效率低等。
（四）过烧 1．实质 晶粒粗大， 晶间物质被熔化或被氧化。 2．防止措施 加热规范， 出炉温度， 高温时的停留时间。
（五）裂纹 1．实质 温度应力 组织应力 残余应力 叠加值超过强度极限， 裂纹。
2．防止方法 装炉温度、 加热速度。
三、锻造温度范围的确定
锻造温度范围
始锻温度到终锻温度的一段温度区间。
2.电加热
用电能转换为热能来加热坯料的方法。 传热方式： 电阻加热、 感应电加热。
（1）电阻加热
电阻发热元件： 电阻炉加热、 接触电加热、 盐浴炉加热等。
图2-8 电阻炉原理图
图2-9 接触电加热原理图
图2-10 盐浴炉原理图
（2）感应电加热
图2-11 感应电加热原理图
优点： 加热速度快， 效率高， 质量好。 缺点： 设备费用高， 线圈专用。
1.20～1.40
（3）钢锭（或大型钢坯）的加热时间 冷钢锭，室式炉， 加热到1200℃， 加热时间：
K D D
D—钢料直径或厚度/m； K—装炉方式系数（参考K1值） α—与钢成分有关的系数。
（h）
碳钢与低合金钢
α=10，
高碳钢与高合金钢α=20。
第四节 锻后冷却及热处理
一、锻件的冷却 1．锻件冷却时常见缺陷及其产生原因 （1）裂纹 温度应力 组织应力 残余应力
（1）空冷：在无风的空气中， 放在干燥的地面上冷却。
（2）坑冷： 放入充填有炉灰、砂子、石灰等 保温材料的坑内冷却。 （3）炉冷 锻后， 立即放入500~700℃的加热炉中， 随炉冷却至较低温度后再出炉冷却。 碳素结构钢和低合金结构钢的中小型锻件用空冷。 高合金钢一般采用坑冷或炉冷。
3. 锻件的冷却规范
——单个坯料的加热时间，查图确定。
图2-15 碳素钢坯在室式炉中单个放 置时的加热时间
直径为200～350mm的钢坯， 单件加热时间，
多件及短料，乘以系数k1和k2。 钢 种 加 热 时 间（h/100mm） 0.6～0.77 1
低碳钢、中碳钢、低合 金钢 高碳钢、合金结构钢
碳素工具钢、合金工具 钢、高合金钢、轴承钢
2. 锯切法
下料锯床： 圆盘锯、带锯、弓形锯等。 圆盘锯： 0.5~1.0 m/s； 3~8 mm； 750 mm。 带锯： 立式、卧式和可倾式。 生产率=1.5~2倍圆锯床， 2~2.2mm， 350mm。 弓形锯：往复锯床、 2~5mm， 100mm。
锯切法的优点： 下料长度准确，锯割端面平整。 缺点： 生产效率低， 锯口损耗大。 应用： 普通模锻和精密模锻， 钢、 有色金属 和高温合金， 常温锯切。
800～550℃温度区 产生过热， 晶界上原有块状的第二相物质大量固溶于基体， 奥氏体晶粒急剧长大。 锻造未能细化晶粒， 冷却时第二相物质以颗粒状或薄片状析出。
断口为石状。
防止措施: 控制加热温度 和塑性变形程度， 锻后冷却过程中应采用较快或较慢的冷却速度。
2. 锻件的冷却方法
1. 剪切法
特点： 效率高，操作简单，断口无金属损耗，
模具费用低等。 下料设备： 专用剪床、通用曲柄压力机、液压机、 锻锤。
图2-2 剪切示意图
缺点：
坯料局部被压扁， 端面不平整， 剪断面常有毛 刺和裂缝。
图2-3 剪切下料过程
图2-4 剪床下料
图2-5 带支承的剪切下料
图2-6 轴向加压剪切
1）一段加热方式: 导温性好与断面尺寸小的坯料。
2）二段加热方式: 一段加热方式实际上成为第二种加热方式，
人工控制， 将炉温降至某一预定值， 减小坯料断面上的温度差。
3）三段加热方式 断面尺寸较大，导温性较差的坯料。 低温预热， 最大可能的加热速度升温， 最高加热温度。
4）四段加热方式
材料性质，升温过程分两段进行。
（3）加热温度
（4）加热时间 加热温度愈高，加热时间愈长，脱碳愈严重。 低于1000℃，氧化皮阻碍，脱碳过程比氧化慢。 高于1000 ℃，氧化皮脱落，脱碳比氧化更激烈。
（三）过热 1．实质
晶粒过分长大， 如钢中奥氏体晶粒粗大。
过热温度： 晶粒开始急剧长大的温度。
过热温度与化学成分有关。 如：钢中的C，Mn，S，P等元素能增加钢 的过热倾向。 Ti，W，V，Nb等元素能减小钢的过热倾向。
普通碳素钢 优质碳素钢 碳素工具钢 合金结构钢 合金工具钢 高速工具钢 耐热钢 弹簧钢 轴承钢
第三节 锻造加热规范
加热规范： 加热炉温度和钢料温度随时间变化的规定。 温度—时间的变化曲线。 炉温—时间的变化曲线。
一段~五段加热规范。
图2-14 锻造加热曲线类型
一、制订加热规范的原则
氧化少、脱碳少、 无裂纹、 无过热和过烧， 加热均匀。
第二章 锻造用坯料及加热
第一节 锻造用坯料及下料
一、锻造用钢锭及型材
1．钢锭的冶炼 2．钢锭的结构 3．钢锭的内部缺陷
钢锭中的常见缺陷有： （1）偏析
（2）夹杂 （3）气体 （4）气泡 （5）缩孔 （6）疏松 （7）溅疤 钢锭的冶金缺陷与冶炼、浇注过程、冷凝结 晶条件、钢锭模具设计、耐火材料质量等有关。
c
3.加热时间 坯料装炉，开始加热到出炉所需要的时间。
加热各阶段升温和保温时间的总和。
（1）有色金属的加热时间 电阻炉中加热 铝合金、镁合金 1.5～2 铜合金 （min/mm）
0.4～0.7 （min/mm）
钛合金
0.5～1
（min/mm）
（2）钢材或中小钢坯的加热时间 连续炉或半连续炉，加热时间(h)可按下式计算：
3．砂轮片切割法 应用：切割小截面棒料、 管料、 异形截面材料。 优点：设备简单，下料长度准确， 端面平整。 缺点： 砂轮片耗量大， 易崩碎， 噪声大。
4．折断法
图2-7 折断下料示意图
5．气割法
利用气割器或普通割具把坯料局部加热至熔化 温度，逐步使之熔断。 应用： 大截面毛坯。 厚板材料曲线切割。 含碳量＜0.7%碳素钢，直接气割； 含碳量1.0~1.2%的碳素钢或低合金钢， 预热700~800℃后气割， 高合金钢和有色金属不宜用气割法下料。
1280 1200 1100 1150～1200 1050～1150 1100～1150 1100～1150 1100～1150 1080 700 800 770 800～850 800～850 900 850 800～850 800 580 400 330 350 250～300 200～250 250～300 300 280