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1、第二章第二章 热锻加热规范热锻加热规范 第一节第一节 钢料锻前加热钢料锻前加热 一一、金属加热目的金属加热目的 提高金属塑性提高金属塑性,降低变形抗力，降低变形抗力，减少设备吨位减少设备吨位;获得良好的锻后组织获得良好的锻后组织，提高，提高锻件质量锻件质量。根据热源不同根据热源不同,在锻压生产中金属的加在锻压生产中金属的加热方法可分为两大类热方法可分为两大类:(火焰加热与电加火焰加热与电加热热）火焰加热火焰加热 利用燃料利用燃料(燃煤、燃油和燃气燃煤、燃油和燃气等等)燃燃烧产生热量烧产生热量 通过通过对流、辐射对流、辐射 把热能传给坯料表面把热能传给坯料表面 由表面向中心由表面向中心进行热传导
2、进行热传导 使整个坯料加热。使整个坯料加热。二、加热方法二、加热方法 火焰加热优点火焰加热优点 燃料来源方便燃料来源方便;加热费用较低加热费用较低(一次能源一次能源);对坯料的适应性强。对坯料的适应性强。广泛应用于各种大、中、小型坯广泛应用于各种大、中、小型坯料的加热。料的加热。火焰加热缺点火焰加热缺点:工作条件差工作条件差;加热速度较慢加热速度较慢;加热质量较难控制加热质量较难控制;热效率低热效率低(如许多热量都被烟气带如许多热量都被烟气带入大气中入大气中)。火焰加热分类火焰加热分类 燃油加热燃油加热燃煤加热燃煤加热燃气加热燃气加热 电加热电加热 利用电能转换为热能对金属进行利用电能转换为热
3、能对金属进行加热的方法。加热的方法。电加热优点电加热优点 升温快升温快;炉温容易控制炉温容易控制;氧化脱碳少氧化脱碳少,加热质量好加热质量好;生产条件好生产条件好,便于实现机械化和自便于实现机械化和自动化。动化。电加热缺点电加热缺点 对毛坯尺寸形状变化的适应性不够对毛坯尺寸形状变化的适应性不够强强;设备结构复杂设备结构复杂,投资费用较大。投资费用较大。电加热分类电加热分类 电阻加热电阻加热 根据不同的电阻发热元件根据不同的电阻发热元件,可分为可分为: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。电阻炉加热电阻炉加热 利用电流通过炉内的电热体产生热利用电流通过炉内的电热体产
4、生热量量,以以辐射辐射与与对流传热对流传热方式对金属坯方式对金属坯料进行加热。料进行加热。锻造生产中锻造生产中常采用的电阻常采用的电阻炉炉:中温中温(950);高温高温(1200)电电阻炉。阻炉。电阻炉加热优点电阻炉加热优点：对坯料加热的适应范围较大；对坯料加热的适应范围较大；便于实现加热机械化、自动化；便于实现加热机械化、自动化；可采用保护气体可采用保护气体(如如:氩、氦、氮等氩、氦、氮等惰性气体惰性气体)进行少无氧化加热。进行少无氧化加热。电阻炉加热缺点电阻炉加热缺点：热效率比其它电加热法低。热效率比其它电加热法低。接触电加热接触电加热 a)a)原理原理 低压大电流直低压大电流直接通入金属
5、坯料接通入金属坯料,依靠金属本身存依靠金属本身存在的电阻在的电阻,产生热产生热量量,使金属加热。使金属加热。b)b)优点优点加热速度快、金属烧损少；加热速度快、金属烧损少；加热温度范围不受限制；加热温度范围不受限制；热效率高、耗电少、成本低；热效率高、耗电少、成本低；设备简单、操作方便。设备简单、操作方便。适用于长坯料的整体或局部加热适用于长坯料的整体或局部加热。C)对坯料的要求对坯料的要求 坯料表面粗糙度和形状尺寸要求坯料表面粗糙度和形状尺寸要求严格、严格、端部要求平整。端部要求平整。盐浴炉加热盐浴炉加热 a)原理原理 利用电流通入炉内电利用电流通入炉内电极产生热量，把介质极产生热量，把介质
6、（浴盐浴盐）熔融）熔融,通过高通过高温介质的对流与传导温介质的对流与传导,将埋入介质中的金属坯将埋入介质中的金属坯料加热料加热。当浴盐当浴盐BaCLBaCL2 298%98%时时,其最高使用温度其最高使用温度可可达达13501350 。b)优点优点 加热速度快加热速度快;加热均匀加热均匀,可实现金属坯料的整体或可实现金属坯料的整体或局部的无氧化加热。局部的无氧化加热。C)缺点缺点 热效率较低热效率较低;辅助材料消耗大辅助材料消耗大;生产条件差。生产条件差。感应电加热感应电加热 工作原理工作原理 感应器通入交变电流感应器通入交变电流 产生交变磁场产生交变磁场 金属坯料内部产生强大的交变涡流金属坯
7、料内部产生强大的交变涡流 在坯料内部转变为热能在坯料内部转变为热能,对坯料进行对坯料进行加热。加热。感应电加热分类感应电加热分类 按所用电流频率不同按所用电流频率不同,感应电加热可感应电加热可分为分为:a)a)高频电加热高频电加热(f=105106Hz)适于加热坯料直径小于适于加热坯料直径小于20mm;b)中频电加热中频电加热(f=50010000Hz)适于加热坯料直径为适于加热坯料直径为20150mm;c)低低(工工)频电加热频电加热(f=50Hz)适于大直径坯料适于大直径坯料(150mm)加热。加热。感应电加热优点感应电加热优点 加热速度快加热速度快,加热质量好加热质量好;温控准确温控准确
8、,金属烧损较少金属烧损较少;操作简单操作简单,工作稳定工作稳定;便于实现机械化和自动化便于实现机械化和自动化,生产条件好。生产条件好。感应电加热缺点感应电加热缺点 设备投资费用高设备投资费用高;感应器对坯料尺寸适应范围较窄感应器对坯料尺寸适应范围较窄;电能消耗较大。电能消耗较大。钢料在加热过程中可能产生的缺陷钢料在加热过程中可能产生的缺陷:氧化、脱碳、过热、过烧及氧化、脱碳、过热、过烧及在坯料在坯料内部产生裂纹内部产生裂纹等。等。正确的加热过程应该尽量减少和防止正确的加热过程应该尽量减少和防止缺陷的产生。缺陷的产生。第二节第二节 钢料加热缺陷钢料加热缺陷 及防止措施及防止措施 一、氧化一、氧化
9、 当钢加热到高温时当钢加热到高温时,由于表层中由于表层中的铁和炉气中的氧化性气体的铁和炉气中的氧化性气体(如如O2、CO2、H2O 等等)发生化学反应发生化学反应,使钢料表层变成氧化铁使钢料表层变成氧化铁(即生成即生成氧化皮氧化皮),此现象称为氧化。此现象称为氧化。氧化过程的实质氧化过程的实质 钢中的钢中的铁以离子状态铁以离子状态由内部向表面由内部向表面扩散扩散,炉气中炉气中氧以原子状态氧以原子状态吸附到钢坯吸附到钢坯表面并向内部扩散表面并向内部扩散,使氧化反应不使氧化反应不 断向钢坯内部深入断向钢坯内部深入,结果形成由三结果形成由三层不同氧化铁组成层不同氧化铁组成的氧化皮。的氧化皮。氧化过程
10、的化学反应式氧化过程的化学反应式 氧化危害性氧化危害性 造成金属的烧损造成金属的烧损,每加热一次每加热一次,烧损量烧损量约占金属重量的约占金属重量的1.53%;降低锻件表面质量降低锻件表面质量,使锻件表面形成使锻件表面形成凹陷和麻点，严重时会造成加工余量不凹陷和麻点，严重时会造成加工余量不够够,使锻件报废使锻件报废;加剧模具和工具的磨损。加剧模具和工具的磨损。精锻时精锻时,应采用少无氧化的加热方法应采用少无氧化的加热方法。在保证锻件质量的前提下在保证锻件质量的前提下,应尽量应尽量采用快速加热采用快速加热,缩短加热时间缩短加热时间,尤其是尤其是缩短高温下停留的时间缩短高温下停留的时间;应尽量采用
11、应尽量采用少装、勤装少装、勤装的操作方的操作方法法;防止和减少氧化的措施防止和减少氧化的措施 炉膛应保持不大的正压力炉膛应保持不大的正压力,以防止以防止空气被吸入空气被吸入;尽量采用少无氧化加热方法。尽量采用少无氧化加热方法。二、脱碳二、脱碳 钢在钢在高温加热高温加热时时:表层中的表层中的碳和碳和炉气中炉气中氧化性气体氧化性气体(如如O2、CO2、H2O),以及某些以及某些还原性气体还原性气体(如如H2)发生化学反应发生化学反应,使钢的表层含碳量减少使钢的表层含碳量减少,称为脱碳。称为脱碳。脱碳过程的化学反应方程式脱碳过程的化学反应方程式 2Fe3C+O26Fe+2CO Fe3C+2H2 3F
12、e+CH4 Fe3C+H2O 3Fe+CO+H2 Fe3C+CO2 3Fe+2CO 脱碳过程中脱碳过程中:炉气中的氧向钢内扩散炉气中的氧向钢内扩散;钢中的碳则向外扩散钢中的碳则向外扩散。脱碳的结果脱碳的结果 钢表层变成含碳量低的脱碳层。钢表层变成含碳量低的脱碳层。当脱碳层深度超过锻件加工余量时当脱碳层深度超过锻件加工余量时:会使零件表面的硬度和强度降低会使零件表面的硬度和强度降低;影响零件的使用性能。影响零件的使用性能。严重时会发生锻造龟裂严重时会发生锻造龟裂(网状裂纹网状裂纹)现现象。象。影响脱碳因素影响脱碳因素 钢的化学成分钢的化学成分 当钢中当钢中含碳量愈高含碳量愈高,其脱碳层愈深其脱碳
13、层愈深;W等合金元素也会加剧钢的脱碳。等合金元素也会加剧钢的脱碳。所以高碳工具钢、轴承钢、高速钢及所以高碳工具钢、轴承钢、高速钢及弹簧钢脱碳严重。弹簧钢脱碳严重。炉气成分炉气成分 炉气成分中脱碳能力最强的介质是炉气成分中脱碳能力最强的介质是H2O,其次是其次是CO2和和O2。加热温度加热温度 在在7001000时，钢表面形成的氧化时，钢表面形成的氧化皮能阻碍碳的扩散皮能阻碍碳的扩散,脱碳过程比氧化缓慢；脱碳过程比氧化缓慢；当加热温度超过当加热温度超过1000,脱碳将比氧化脱碳将比氧化更为剧烈。更为剧烈。加热时间加热时间 加热时间越长加热时间越长,其脱碳层越厚。其脱碳层越厚。减少脱碳的措施减少脱
14、碳的措施 采用采用快速加热快速加热,缩短钢料在高温阶缩短钢料在高温阶段的加热时间段的加热时间;对于已加热好的坯料应对于已加热好的坯料应及时出炉及时出炉锻造锻造;可在钢料可在钢料表面涂上保护涂层表面涂上保护涂层(如玻如玻璃粉璃粉)后再进行加热。后再进行加热。三、过热三、过热 当坯料当坯料加热温度超过始锻温度加热温度超过始锻温度;或坯料在或坯料在高温下停留时间过长高温下停留时间过长时时;引起引起晶粒粗大晶粒粗大的现象称为过热。的现象称为过热。晶粒开始急剧长大的温度称为过热温晶粒开始急剧长大的温度称为过热温 度。度。1.消除消除过热粗晶组织过热粗晶组织的方法的方法 一般可采用一般可采用锻造或热处理方
15、法锻造或热处理方法消除消除过热粗晶组织。过热粗晶组织。将锻坯将锻坯重新加热重新加热,然后然后加大锻造变形加大锻造变形程度程度;或用热处理或用热处理(正火或调质正火或调质)的方法的方法 可消除过热而产生的粗晶组织可消除过热而产生的粗晶组织,其性能其性能也随之恢复也随之恢复。2.避免锻件产生过热的措施避免锻件产生过热的措施 严格控制加热温度严格控制加热温度,尽可能尽可能缩短高温缩短高温下的保温时间下的保温时间;加热时坯料不应放在炉内的局部高温加热时坯料不应放在炉内的局部高温区区(如距如距 离喷嘴太离喷嘴太 近近);锻造时锻造时要使锻件有足够的变要使锻件有足够的变形量形量,才能击碎粗大的奥氏体晶粒才
16、能击碎粗大的奥氏体晶粒和分散在晶界上的网状碳化物和分散在晶界上的网状碳化物;当发生锻造设备出现故障而当发生锻造设备出现故障而长时间停锻时长时间停锻时,应及时降低炉温或应及时降低炉温或将坯料取出。将坯料取出。四、过烧四、过烧 金属加热到接近其熔化温度金属加热到接近其熔化温度(过烧温过烧温度度),并在此温度下长时间停留：并在此温度下长时间停留：晶粒粗大晶粒粗大；晶界晶界发生发生局部熔化局部熔化,氧化性气体进一氧化性气体进一步渗入到晶界步渗入到晶界,使使晶间物质晶间物质(Fe、C、S)发生氧化发生氧化,在晶界周围形成脆壳在晶界周围形成脆壳,破坏破坏了晶粒之间的联系了晶粒之间的联系。这一现象称为过烧。
17、不同的钢料这一现象称为过烧。不同的钢料,其其过烧温度也不同。过烧温度也不同。1.影响过烧的因素影响过烧的因素 炉气成分：炉气成分：含氧越多含氧越多,越容易过烧越容易过烧;化学成分化学成分:Ni、M0合金元素易使钢料过烧。合金元素易使钢料过烧。加热时间：加热时间：加热时间加热时间愈长、愈长、加热加热温度越高温度越高，越容易过烧。越容易过烧。2.过烧的危害过烧的危害 当对过烧较轻的坯料进行锻造当对过烧较轻的坯料进行锻造时时,易使锻件表面产生网状裂纹易使锻件表面产生网状裂纹(龟龟裂裂);当过烧严重时，坯料会被击破当过烧严重时，坯料会被击破成碎块成碎块,使锻件报废；使锻件报废；如坯料只是局部过烧如坯料
18、只是局部过烧,可将可将局部切除掉局部切除掉。3.减少和防止过烧措施减少和防止过烧措施 严格遵守加热规范严格遵守加热规范,特别要控制特别要控制出炉温度及在高温时的停留时间出炉温度及在高温时的停留时间;一般低于过烧温度一般低于过烧温度100200加加热，即可避免过烧。热，即可避免过烧。五、裂纹五、裂纹 裂纹产生的原因裂纹产生的原因 温度应力温度应力 钢料加热时钢料加热时：表面和中心温差较大表面和中心温差较大,造成温度应力，使芯部产生裂纹。造成温度应力，使芯部产生裂纹。加热速度越快、钢料断面尺寸越大加热速度越快、钢料断面尺寸越大,其断面温差也越大其断面温差也越大,产生温度应力越大，产生温度应力越大，
19、裂纹倾向越大。裂纹倾向越大。残余应力残余应力 钢锭在凝固和冷却过程中钢锭在凝固和冷却过程中：外层与外层与内部冷却速度不同而产生残余应力内部冷却速度不同而产生残余应力,有可能导致钢料产生内部裂纹有可能导致钢料产生内部裂纹;组织应力组织应力 具有相变的钢料在加热过程中具有相变的钢料在加热过程中：表层表层和心部先后发生相变也会引起组织应力。和心部先后发生相变也会引起组织应力。防止裂纹产生的措施防止裂纹产生的措施 低温时应避免加热速度过快低温时应避免加热速度过快 钢料在钢料在500550以下加热时以下加热时,塑性较塑性较低、温度应力较大低、温度应力较大,在温度应力和钢料原在温度应力和钢料原有残余应力有
20、残余应力的的共同作用下共同作用下,可能产生内部可能产生内部裂纹裂纹,应避免加热速度过快。应避免加热速度过快。大钢锭和导温性差的高合金钢，低大钢锭和导温性差的高合金钢，低温阶段必须缓慢加热温阶段必须缓慢加热第三节第三节 钢料锻造温度范围确定钢料锻造温度范围确定 锻造锻造温度范围温度范围是指钢料开始锻造的是指钢料开始锻造的温度温度(即即始锻温度始锻温度)和结束锻造的温度和结束锻造的温度(即即终锻温度终锻温度)区间。区间。为保证钢料在锻造过程中为保证钢料在锻造过程中,塑性高塑性高、变形变形抗力小抗力小,锻后能获得锻后能获得良好的内部组织良好的内部组织:钢料必须在所规定的温度范围内进行钢料必须在所规定
21、的温度范围内进行锻造。锻造。一、锻造温度范围确定一、锻造温度范围确定锻造温度范围确定方锻造温度范围确定方法法 普通碳钢可根据铁普通碳钢可根据铁-碳平衡图直接确定碳平衡图直接确定;合金结构钢可参考合金结构钢可参考含碳量相同的碳钢来确含碳量相同的碳钢来确定定;塑性较低的高合金塑性较低的高合金钢钢,及无相变的奥氏体钢、及无相变的奥氏体钢、铁素体钢铁素体钢,必须通过试验必须通过试验确定。确定。锻造温度范围制订的基本原则锻造温度范围制订的基本原则 钢料在锻造温度范围内应具有钢料在锻造温度范围内应具有良良好的塑性和较低的变形抗力好的塑性和较低的变形抗力;能锻出能锻出优质锻件优质锻件;为减少加热火次为减少加
22、热火次,提高锻造生产率提高锻造生产率,锻造温度锻造温度范围应尽可能宽范围应尽可能宽。必须保证钢必须保证钢无过无过烧现象烧现象;对于对于碳钢碳钢：始锻始锻温度应比铁温度应比铁-碳平碳平衡图的固相线低衡图的固相线低150150250250 。二、始锻温度确定二、始锻温度确定 应考虑到应考虑到坯料组织坯料组织、锻造锻造方式和变形工艺方式和变形工艺等因素的影响等因素的影响。例一例一：采用钢锭直接锻造采用钢锭直接锻造 铸态组织比较稳定铸态组织比较稳定,产生过烧的产生过烧的倾向性小倾向性小,因此因此钢锭钢锭的始锻温度可的始锻温度可比同钢种比同钢种钢坯高出钢坯高出2050;例二例二 ：当采用高速锤进行精当采
23、用高速锤进行精锻锻 因高速变形会产生很大的热效应因高速变形会产生很大的热效应,使坯料温度急速升高使坯料温度急速升高,引起过烧引起过烧,所以所以高速锻造高速锻造始锻温度应始锻温度应比常规锻比常规锻造约低造约低100左右左右。三、终锻温度三、终锻温度 在锻造过程中在锻造过程中,坯料的热量向外扩坯料的热量向外扩散而使温度逐渐下降散而使温度逐渐下降,当降低到一定温当降低到一定温度后度后,即便加工的锻件还没成形即便加工的锻件还没成形,也要也要立即停止锻造。立即停止锻造。结束结束热锻造的最低温度称为热锻造的最低温度称为终锻温度终锻温度。终锻温度确定原则终锻温度确定原则 保证钢料在终锻前具有足够的塑性保证钢
24、料在终锻前具有足够的塑性;使锻件获得良好的组织性能使锻件获得良好的组织性能。一般一般,钢料的钢料的终锻温度终锻温度应高于金属的应高于金属的再结晶温度再结晶温度50100。可保证可保证锻后再结晶完全锻后再结晶完全,使锻件内使锻件内部部获得获得晶粒细小的再结晶组织。晶粒细小的再结晶组织。金属及合金材料的再结晶温度金属及合金材料的再结晶温度 纯金属的再结晶温度纯金属的再结晶温度：T再再0.4 T熔熔 一般碳钢的再结晶温度：一般碳钢的再结晶温度：T再再=600650 高合金钢的再结晶温度高合金钢的再结晶温度：T再再(0.60.65)T熔熔 耐热钢的再结晶温度耐热钢的再结晶温度：T再再(0.70.85)
25、T熔熔 式中式中 T熔熔-钢料熔点钢料熔点;由上式可见由上式可见:高合金钢和耐热钢的再结晶高合金钢和耐热钢的再结晶温度比碳钢高温度比碳钢高。终锻温度制订终锻温度制订 终锻温度过高终锻温度过高 锻件锻后在冷却过程中，内部晶粒锻件锻后在冷却过程中，内部晶粒会继续长大会继续长大,出现粗晶组织出现粗晶组织,使其力学使其力学性能降低性能降低,尤其是冲击韧性。尤其是冲击韧性。终锻温度过低终锻温度过低(低于再结晶温度低于再结晶温度)不仅会导致锻件不仅会导致锻件内部内部出现出现加工硬加工硬化组织和残余应力而引起开裂化组织和残余应力而引起开裂;还还会使锻件会使锻件局部产生粗大晶粒局部产生粗大晶粒。碳钢终锻温度碳
26、钢终锻温度 低碳钢低碳钢 (c0.25%):在在A3线线(由奥氏由奥氏体析出铁素体的体析出铁素体的开始线开始线)以下的两以下的两相区相区(奥氏体和铁素奥氏体和铁素体体)也有足够的塑性也有足够的塑性 因此因此终锻温度终锻温度可在可在A3线以下线以下。中碳钢中碳钢(c=0.250.6%):终锻温度可在奥终锻温度可在奥氏体单相区氏体单相区 其组织均匀、塑其组织均匀、塑性良好性良好,可满足要可满足要求求;高碳钢高碳钢(c0.6%):一般处于奥氏体和一般处于奥氏体和渗碳体的双相区渗碳体的双相区。为了击碎网状的渗碳为了击碎网状的渗碳体体,在在Acm线以下还应继线以下还应继续锻打续锻打,但温度又不能但温度又
27、不能太低太低,否则其塑性将下否则其塑性将下降降。所以所以终锻温度应高终锻温度应高于于A A1 1线线50 50 100100以以上上;四、各类钢的锻造温度范围四、各类钢的锻造温度范围 钢的合金元素含量越高钢的合金元素含量越高,熔熔点愈低点愈低,始锻温度也愈低始锻温度也愈低;合金元素含量越高合金元素含量越高,其再其再结晶温度越高结晶温度越高,终锻温度也越终锻温度也越高高,故其锻造温度范围也愈小。故其锻造温度范围也愈小。一一、加热规范、加热规范 坯料从坯料从装炉到加热结束装炉到加热结束,整个整个过程中过程中,炉温随时间的变化关系炉温随时间的变化关系。第四节第四节 钢料的加热规范钢料的加热规范 加热
28、规范内容加热规范内容 钢料的钢料的装炉温度装炉温度;加热加热升温速度升温速度;最终加热温度最终加热温度;各阶段加热和保温时间各阶段加热和保温时间及及总的总的加热时间加热时间等等。锻压生产常用的加热规范锻压生产常用的加热规范 一段、二段、三段、四段及五段式一段、二段、三段、四段及五段式加热规范加热规范,其加热曲线如下其加热曲线如下:二、加热规范的制定原则加热规范的制定原则 加热时间短、生产效率高加热时间短、生产效率高;不引起过热和过烧、氧化脱不引起过热和过烧、氧化脱碳少、加热均匀，不产生裂纹碳少、加热均匀，不产生裂纹;热能消耗少。热能消耗少。则高效、优质、节能则高效、优质、节能 装炉温度装炉温度
29、 装炉温度的高低取决于钢料的装炉温度的高低取决于钢料的温温度应力度应力、断面尺寸断面尺寸和和导温性导温性。对于导温性好及断面尺寸小对于导温性好及断面尺寸小的钢料的钢料 装炉温度一般不受限制装炉温度一般不受限制,可在高可在高温下采用直接装炉（一段式快速加温下采用直接装炉（一段式快速加热）。热）。三、加热规范的制定三、加热规范的制定 对于导温性差及断面尺寸大对于导温性差及断面尺寸大的钢料的钢料 开始预热阶段开始预热阶段,钢料温度低、塑性钢料温度低、塑性差差,应限制装炉温度应限制装炉温度,尤其是对于大钢尤其是对于大钢锭及高合金钢锭及高合金钢,不但不但装炉温度较低装炉温度较低,还应在该温度下还应在该温
30、度下进行保温进行保温。加热速度加热速度 钢料加热时钢料加热时,在单位时间内其表在单位时间内其表面温度上升的度数面温度上升的度数(/h);也可用单位时间内钢料热透的厚也可用单位时间内钢料热透的厚度度(mm/min)表示。表示。最大可能的加热速度最大可能的加热速度M 加热炉按最大供热能量升温时所加热炉按最大供热能量升温时所能达到的加热速度。能达到的加热速度。允许的加热速度允许的加热速度 加热过程中加热过程中,在钢料不破坏的条在钢料不破坏的条件下所允许的加热速度。件下所允许的加热速度。主要取决于加热过程中产生主要取决于加热过程中产生的温度应力的温度应力。当钢料的当钢料的导温系数愈高导温系数愈高,强度
31、强度极限愈大极限愈大,断面尺寸愈小断面尺寸愈小,则允许则允许的加热速度愈大的加热速度愈大。钢材加热速度的确定钢材加热速度的确定 对于导温性好的低碳钢、低合对于导温性好的低碳钢、低合金钢或断面尺寸小的钢锭金钢或断面尺寸小的钢锭 可按最大可能的加热速度进行可按最大可能的加热速度进行加热。加热。对于导温性差的高碳钢、高合金对于导温性差的高碳钢、高合金钢或断面尺寸大的钢锭钢或断面尺寸大的钢锭 a)当炉温低于当炉温低于700700850850时时:炉温与坯料表面温差较大炉温与坯料表面温差较大,钢料导温钢料导温性差性差,温度应力大温度应力大;钢料在低温时塑性较差钢料在低温时塑性较差,加上原加上原有因冷却不
32、均而产生的残余应力有因冷却不均而产生的残余应力,产产生裂纹的危险性最大。生裂纹的危险性最大。所以所以炉温低于炉温低于700700850850时时,应应按钢料允许的加热速度进行加热。按钢料允许的加热速度进行加热。b)当炉温超过当炉温超过700700850850后后:由于钢料塑性急剧增加由于钢料塑性急剧增加,温度应力和温度应力和残余应力逐渐得到消除残余应力逐渐得到消除,产生裂纹危险产生裂纹危险性大为减少性大为减少。可可按最大可能的加热速度进行加按最大可能的加热速度进行加热热。均热保温均热保温 五段式加热曲线五段式加热曲线,有有3个保温平台：个保温平台：装炉温度下的保温装炉温度下的保温(平台平台)保
33、温目的保温目的：防止钢料在防止钢料在加热过程中加热过程中,因温度应力因温度应力而引起破坏而引起破坏,特别是特别是钢料在钢料在200400时很可能会发生时很可能会发生蓝脆破坏蓝脆破坏。700850的保温的保温(平台平台)为减少前一段加热在钢料断面所引为减少前一段加热在钢料断面所引起的温差起的温差,及及温度应力温度应力;使坯料在锻造温度下保温时间使坯料在锻造温度下保温时间不不致致过长；过长；对于有相变对于有相变且且尺寸较大的钢尺寸较大的钢料料,为减小因为减小因相相变吸热，造成内变吸热，造成内外外温差过大温差过大,也也需要在第需要在第阶段进行保温。阶段进行保温。锻造温度下保温锻造温度下保温(平台平台
34、)保温保温目的目的 减少钢料断面上的温差减少钢料断面上的温差,使内外温度使内外温度更均匀；更均匀；使钢料组织更均匀使钢料组织更均匀(如高速钢可使碳如高速钢可使碳化物溶于固溶体中化物溶于固溶体中),减少锻造时的不均减少锻造时的不均匀变形；匀变形；提高金提高金 属塑性和锻属塑性和锻 件的质量。件的质量。保温时间保温时间 为避免产生过热与过烧现象为避免产生过热与过烧现象,保温时间保温时间不易过长；不易过长；钢锭在锻造温度下的最大保温时间钢锭在锻造温度下的最大保温时间:钢锭重量钢锭重量(t)钢锭尺寸钢锭尺寸（直径直径mm)最大保温时间最大保温时间(h)1.65386604306206479604022
35、42102912655043135760 加热时间加热时间 坯料在炉中均匀加热到规定温度所用坯料在炉中均匀加热到规定温度所用的时间。的时间。钢锭或大型钢坯加热时间钢锭或大型钢坯加热时间 冷锭料或大型钢坯冷锭料或大型钢坯 在室式炉中从在室式炉中从0 1200的加热时间的加热时间可用经验公式确定可用经验公式确定。（。（p26,式式3-7）结构钢热钢锭结构钢热钢锭 及热钢坯及热钢坯 可参考图示曲可参考图示曲 线制定线制定。钢材或中小钢坯的加热时间钢材或中小钢坯的加热时间 在连续或半连续加热炉中加热在连续或半连续加热炉中加热可按如下经验公式计算可按如下经验公式计算 =a a0 0 D D (h)式中式
36、中 D-D-钢料直径或边长钢料直径或边长,cm,cm;a a0 0-与钢料化学成分有关的与钢料化学成分有关的系数系数,对于碳素结构钢对于碳素结构钢:a a0 0=0.10=0.100.15;0.15;对于合金结构钢对于合金结构钢:a a0 0=0.15=0.150.20;0.20;对于工具钢和高合金钢对于工具钢和高合金钢:a a0 0=0.3=0.30.40.4。在室式加热炉中加热在室式加热炉中加热 a)直径为直径为200200350mm350mm的单件钢坯加热的单件钢坯加热 可按表中经验数据确定可按表中经验数据确定 钢钢 种种装炉温度装炉温度()每每100mm的平均的平均加热时间加热时间(h
37、)低碳钢、中碳钢、低碳钢、中碳钢、低合金钢低合金钢12500.60.77高碳钢、合金结构钢高碳钢、合金结构钢11501碳钢、合金碳钢、合金工具钢工具钢、轴承钢、高合金钢轴承钢、高合金钢9001.21.4 b)对于多件及短料加热对于多件及短料加热 可按上表中经验数据可按上表中经验数据,再乘以右表中再乘以右表中 相应的系数相应的系数k1和和k2。c)对于直径小于对于直径小于200mm200mm的钢材的钢材 可用实验数据和图表确定可用实验数据和图表确定。上述经验计算结果与实际情况往上述经验计算结果与实际情况往往误差较大往误差较大,因为它没有考虑更多的因为它没有考虑更多的影响因素影响因素,只能作为参考
38、使用。只能作为参考使用。而而采用实验数据和图表确定加采用实验数据和图表确定加热时间，就比较准确热时间，就比较准确。直径小于直径小于200mm钢材钢材,其其加热时间加热时间:先先由由右右图中图中曲线查得其加曲线查得其加热时间热时间碳碳；考虑到考虑到装炉方式装炉方式、坯坯料尺寸料尺寸和钢的和钢的成分成分等因等因素的影响素的影响，所查得加热时间所查得加热时间碳碳值值 还应乘以相应的系数还应乘以相应的系数k k1 1、k k2 2和和k k3 3 :=k k1 1K K2 2k k3 3碳碳 实例实例:加热一组加热一组100100mm 150mm的的T9钢钢,其始锻温度为其始锻温度为1100;炉温为炉
39、温为1200;坯料的间距约坯料的间距约100mm,求求加热时间？加热时间？从曲线图查得从曲线图查得 当直径为当直径为100mm;始锻温度为始锻温度为 1100;t炉炉=1200时时:查得其加热时间查得其加热时间约为约为26 min。从右图相应表格查得从右图相应表格查得:当料距当料距d=100mm时时,查得查得 k1=1.2;当坯料尺寸系数当坯料尺寸系数 k2=l/d=150/100=1.5时时,查得查得 k2=0.92;从钢种系数从钢种系数k3表中表中 查得碳素工具钢的查得碳素工具钢的 k3=1.25=k1k2k3碳碳 =1.2 0.92 1.25 26=36 (min)。四、钢锭的加热规范四
40、、钢锭的加热规范 一般大型自由锻件与高合金钢锻件一般大型自由锻件与高合金钢锻件多以钢锭作为原材料。多以钢锭作为原材料。钢锭分类钢锭分类 按钢锭的规格大小分为按钢锭的规格大小分为 大型钢锭大型钢锭:其重量大于其重量大于22.5t、直径、直径大于大于500550mm;小型钢锭小型钢锭:其规格小于上述尺寸。其规格小于上述尺寸。按加热装炉前钢锭的温度分为按加热装炉前钢锭的温度分为 冷钢锭冷钢锭(室温室温)与热钢锭与热钢锭(其表面温度其表面温度600)。冷钢锭的加热规范冷钢锭的加热规范 冷钢锭加热的关键是在低温阶段。冷钢锭加热的关键是在低温阶段。当低于当低于500时：钢锭塑性很差；时：钢锭塑性很差；其内
41、部具有残余应力；其内部具有残余应力；各种组织缺各种组织缺陷还会造成应力集中。陷还会造成应力集中。如果加热规范制订不当如果加热规范制订不当,就很容易就很容易引起裂纹。引起裂纹。对对冷锭料在低温阶段加热时冷锭料在低温阶段加热时,必必须限制其装炉温度和加热速度须限制其装炉温度和加热速度。大型冷锭料加热大型冷锭料加热按钢材的塑性和导温性高低分组按钢材的塑性和导温性高低分组 大型冷锭料加热时大型冷锭料加热时,一般按钢材的一般按钢材的塑性和导温性高低分为三组塑性和导温性高低分为三组 分段制订加热规范分段制订加热规范 由于钢的断面尺寸大由于钢的断面尺寸大,产生温度应力产生温度应力也大也大,因此大型冷钢锭按其
42、断面尺寸大因此大型冷钢锭按其断面尺寸大小小,分别采用二段、三段、四段、五段分别采用二段、三段、四段、五段式分段加热规范。式分段加热规范。小型冷锭料加热小型冷锭料加热 由于断面尺寸小由于断面尺寸小,加热时温度应力不大加热时温度应力不大 对于碳素钢和低合金钢小锭料对于碳素钢和低合金钢小锭料 均可采用一段式的快速加热规范。均可采用一段式的快速加热规范。对于高合金钢小锭料对于高合金钢小锭料 因低温导热性差因低温导热性差,应和大型冷锭料应和大型冷锭料加热时一样加热时一样,采用分段式的加热规范。采用分段式的加热规范。大型冷钢坯加热规范大型冷钢坯加热规范 对于大型冷钢坯的加热规范对于大型冷钢坯的加热规范,可
43、参可参考相应冷锭料的加热。考相应冷锭料的加热。冷锭料加热时的注意事项冷锭料加热时的注意事项 严禁冷、热锭料同炉混装加热严禁冷、热锭料同炉混装加热;装炉时：装炉时：底部垫高底部垫高 200mm;与炉壁相距与炉壁相距 200mm;与烧嘴相距与烧嘴相距 500mm。冬天加热冷锭料时冬天加热冷锭料时,应先在炉前应先在炉前放置一段时间后放置一段时间后,再进行装炉加热。再进行装炉加热。热钢锭的加热规范热钢锭的加热规范 由炼钢车间脱模后直接送到锻压由炼钢车间脱模后直接送到锻压车间、其表面温度不低于车间、其表面温度不低于600的钢的钢锭称为热锭。锭称为热锭。热钢锭加热时热钢锭加热时,由于处于塑性状态由于处于塑
44、性状态下下,锭心温度高锭心温度高,加热时其温度应力很加热时其温度应力很低，不会遭成危险。低，不会遭成危险。因此因此热钢锭装炉温度不受限制热钢锭装炉温度不受限制,装炉后即可按最大加热速度进行装炉后即可按最大加热速度进行加热加热,其加热时间只有冷锭料的一半其加热时间只有冷锭料的一半,甚至更短甚至更短,从而可节省燃料。从而可节省燃料。五、五、中小钢坯的加热规范中小钢坯的加热规范 中、小钢坯的加热特点中、小钢坯的加热特点 钢坯经塑性变形钢坯经塑性变形,强度和塑性均得到强度和塑性均得到提高提高,内部组织为再结晶组织。内部组织为再结晶组织。加热时不易产生裂纹破坏加热时不易产生裂纹破坏,允许采用允许采用高温
45、直接装炉和用最大可能的加热速度高温直接装炉和用最大可能的加热速度进行快速加热进行快速加热(某些特殊低塑性合金除某些特殊低塑性合金除外外)。当坯料加热到始锻温度后当坯料加热到始锻温度后,断面尺寸断面尺寸小的钢坯小的钢坯,可立即出炉锻造可立即出炉锻造,而断面尺寸而断面尺寸大的钢坯大的钢坯,虽需保温虽需保温,但时间很短。但时间很短。中、小钢坯加热规范中、小钢坯加热规范 对于直径对于直径 150200mm以下的以下的碳素结构钢钢坯和直径碳素结构钢钢坯和直径 100mm的的合金结构钢钢坯：合金结构钢钢坯：可用最大可能的加热速度，采用一可用最大可能的加热速度，采用一段式加热规范进行快速加热段式加热规范进行
46、快速加热,其装炉温其装炉温度一般为度一般为13001350;对于直径等于对于直径等于 200350mm的碳的碳素结构钢钢坯素结构钢钢坯(含碳量含碳量0.450.5%)和和合金结构钢钢坯合金结构钢钢坯,可采用三段式加热规可采用三段式加热规范范:装炉温度约在装炉温度约在11501200范围范围;装炉后要进行保温装炉后要进行保温,时间约为整个加时间约为整个加热时间的热时间的510%;以最大可能的加热速度进行加热以最大可能的加热速度进行加热;当加热到始锻温当加热到始锻温 度后需保温均热度后需保温均热,其其 保温时间也为整个加保温时间也为整个加 热时间的热时间的510%。对于导温性较差、热敏感性强对于导
47、温性较差、热敏感性强的合金钢坯的合金钢坯(如高铬钢、高速钢如高铬钢、高速钢)装炉温度较低装炉温度较低,为为400650,宜宜采用多段式加热规范。采用多段式加热规范。一、少无氧化加热优点一、少无氧化加热优点 可减少金属的烧损可减少金属的烧损;降低锻件表面粗糙度降低锻件表面粗糙度,提高尺寸精度提高尺寸精度;提高模具的使用寿命。提高模具的使用寿命。实现实现少无氧化加热的方法主要有少无氧化加热的方法主要有:快速加热快速加热、第五节第五节 少无氧化加热少无氧化加热 和少无氧化火焰加热等和少无氧化火焰加热等。介质保护加热介质保护加热二、快速加热二、快速加热 是采用技术上可能的加热速度来是采用技术上可能的加
48、热速度来加热金属加热金属。通常可采用通常可采用 火焰加热火焰加热：辐射快速加热和对流快速加辐射快速加热和对流快速加热热;电加热电加热：感应电加热和接触电加热感应电加热和接触电加热等。等。实现快速加热的方法实现快速加热的方法 提高炉温（提高炉温（14001500）；）；采用高温装炉采用高温装炉,提高加热速度。提高加热速度。适用范围适用范围 目前目前,坯料所能达到的最大直径是坯料所能达到的最大直径是 对于火焰快速加热对于火焰快速加热:150160mm;对于感应电加热对于感应电加热:3050mm。快速加热法快速加热法只适用于少氧化程度要只适用于少氧化程度要求不高的工艺条件下使用。求不高的工艺条件下使
49、用。三、介质保护加热三、介质保护加热 是在坯料表面四周采用保护介是在坯料表面四周采用保护介质与氧化性炉气隔开所进行的加热质与氧化性炉气隔开所进行的加热。可避免金属坯料的氧化可避免金属坯料的氧化,实现少实现少无氧化加热。无氧化加热。保护介质的分类保护介质的分类 保护介质有气体、液体和固态三类保护介质有气体、液体和固态三类 气体介质气体介质 惰性气体惰性气体:氬、氦、氮等氬、氦、氮等;石油液化气石油液化气;不完全燃烧的煤气。不完全燃烧的煤气。液体介质液体介质:如玻璃熔体、熔融盐如玻璃熔体、熔融盐。固态介质固态介质:如玻璃粉、石墨粉等。如玻璃粉、石墨粉等。介质保护加热方法介质保护加热方法 在马弗炉中
50、通保护气体加热在马弗炉中通保护气体加热(适适合于小锻件合于小锻件)这种炉子的炉底有马弗管这种炉子的炉底有马弗管(采用碳化采用碳化硅制成硅制成),坯料放在马弗管内坯料放在马弗管内,管中通保护管中通保护性气体。性气体。加热时高温炉气在马弗管外燃烧加热时高温炉气在马弗管外燃烧,并并通过马弗管热辐射作用加热锻件。通过马弗管热辐射作用加热锻件。在推杆式或半在推杆式或半连续玻璃浴炉中加连续玻璃浴炉中加热热(适合于小锻件适合于小锻件)这种炉底具有凹这种炉底具有凹形的加热段形的加热段,其内熔其内熔有高温玻璃液有高温玻璃液,当坯料连续推过当坯料连续推过高温玻璃浴后便被高温玻璃浴后便被加热并保护其不被加热并保护其