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1、第三章锻前加热锻后第1页，本讲稿共40页二、加热方法二、加热方法 根据加热时的能源性质不同，加热方法可以分为火焰加热和电加热两大根据加热时的能源性质不同，加热方法可以分为火焰加热和电加热两大类。类。1.火焰加热火焰加热 利用燃料（煤、焦炭、重油、柴油和煤气）在火焰加热炉内燃烧产生含有大量热能利用燃料（煤、焦炭、重油、柴油和煤气）在火焰加热炉内燃烧产生含有大量热能的高温气体（火焰），通过对流、辐射把热能传给毛坯表面，再由表面向中心热传导的高温气体（火焰），通过对流、辐射把热能传给毛坯表面，再由表面向中心热传导而使金属毛坯加热。燃料的燃烧时燃料种的可燃物质与空气中的氧剧烈反应的过程，而使金属毛坯加
2、热。燃料的燃烧时燃料种的可燃物质与空气中的氧剧烈反应的过程，可燃物质与空气的配备比例不同，所放出的热量也是不同的。为了使燃料能够充分燃可燃物质与空气的配备比例不同，所放出的热量也是不同的。为了使燃料能够充分燃烧，实际供给的空气量要比理论需要的空气量稍大。烧，实际供给的空气量要比理论需要的空气量稍大。实际供给的空气量与理论空气需要量实际供给的空气量与理论空气需要量之比，称为空气过剩系数。之比，称为空气过剩系数。式中：式中：空气过剩系数；空气过剩系数；L L实实实际供给的空气量（实际供给的空气量（m m3 3/kg/kg）；）；L L理理理论空气需要量（理论空气需要量（m m3 3/kg/kg）。
3、）。第2页，本讲稿共40页111：实际供给的空气量过多，达到完全燃烧，得到氧化性火焰，：实际供给的空气量过多，达到完全燃烧，得到氧化性火焰，火焰短而明亮。在氧化性火焰下加热，坯料表面生成较厚的氧火焰短而明亮。在氧化性火焰下加热，坯料表面生成较厚的氧化皮，长时间的加热会增加坯料的烧损和出现加热缺陷。化皮，长时间的加热会增加坯料的烧损和出现加热缺陷。快速加热时用氧化性火焰。快速加热时用氧化性火焰。1 1：燃料与空气的配备比例合适，时理想的火焰，称为中：燃料与空气的配备比例合适，时理想的火焰，称为中性火焰，但是在加热时较难控制。性火焰，但是在加热时较难控制。火焰加热的特点：火焰加热的特点：（1 1）
4、优点：燃料来源广；炉子建造容易；加热费用相对较低，）优点：燃料来源广；炉子建造容易；加热费用相对较低，对坯料的适应范围广。对坯料的适应范围广。第3页，本讲稿共40页（2）缺点：劳动条件差；加热速度慢；炉温不宜控制；金属材料的）缺点：劳动条件差；加热速度慢；炉温不宜控制；金属材料的氧化烧损严重；对环境有污染，特别是燃煤加热对环境污染严重。氧化烧损严重；对环境有污染，特别是燃煤加热对环境污染严重。第4页，本讲稿共40页2.电加热电加热 电加热是通过把电能转换为热能来加热坯料的，其加热方式有感应加热、电加热是通过把电能转换为热能来加热坯料的，其加热方式有感应加热、接触电加热、电阻炉加热和盐浴炉加热等
5、接触电加热、电阻炉加热和盐浴炉加热等（1）电阻炉、接触电加热和盐浴炉加热）电阻炉、接触电加热和盐浴炉加热1）电阻炉加热电阻炉加热 利用电流通入炉内的电热体所产生的热量，以辐射与对流的利用电流通入炉内的电热体所产生的热量，以辐射与对流的方式来加热金属毛坯。方式来加热金属毛坯。金金属属电电热热体体有有：铁铁铬铬铝铝合合金金(Cr25Al5、Cr17Al5、Cr13Al4)和和镍镍铬铬合合金金(Cr20Ni80、Cr15Ni60)，做做成成线线状状或或带带状状，使使用用温温度度一一般般在在1100以下；以下；非金属电热体：碳化硅、二硅化钼，制成棒状，使用温度可高达非金属电热体：碳化硅、二硅化钼，制成
6、棒状，使用温度可高达1350 以上。以上。优点优点：对毛坯加热的适应范围较大，：对毛坯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，也可用保护气体进行少无氧化也可用保护气体进行少无氧化 加热。加热。缺点缺点：加热温度受到电热体的限制，：加热温度受到电热体的限制，热效率比其他电加热法低得多。热效率比其他电加热法低得多。第5页，本讲稿共40页2）接触电加热接触电加热 以低压大电流直接通入金属毛坯，由于金属存以低压大电流直接通入金属毛坯，由于金属存在一定电阻，电流通过就会产生热量，从而使之加热。在一定电阻，电流通过就会产生热量，从而使之加热。优优点点：加加热热速速度度快快，
7、金金属属烧烧损损少少，加加热热温温度度范范围围不不受受限限制制（可可局局部部加加热热），热热效效率率高高，耗耗电电少少，成成本本低低，设设备备简简单单，操操作作方便。方便。缺缺点点：毛毛坯坯的的表表面面粗粗糙糙度度和和形形状状尺尺寸寸要要求求严严格格，特特别别是是毛毛坯坯的的端端部部必必须须规规整整，不不得得产产生生畸畸变变，加加热热变变截截面面坯坯料料会会产生温度不均匀。加热温度的测量和控制也比较困难。产生温度不均匀。加热温度的测量和控制也比较困难。适用于长毛坯的整体或局部加热。适用于长毛坯的整体或局部加热。第6页，本讲稿共40页（2）感应加热）感应加热1）感应加热的原理）感应加热的原理 感
8、应加热炉是以电磁感应现象为基础的。感应加热炉是以电磁感应现象为基础的。当交变电流通过感应线圈时，在线圈中感生交变磁场，交变磁场又感生出交变的当交变电流通过感应线圈时，在线圈中感生交变磁场，交变磁场又感生出交变的电场。在线圈中置一根金属棒料（坯料），棒料则出现感生电动势，产生强大的涡电场。在线圈中置一根金属棒料（坯料），棒料则出现感生电动势，产生强大的涡流。由于棒料具有电阻，就使感生电流转换成热能，达到加热目的。流。由于棒料具有电阻，就使感生电流转换成热能，达到加热目的。2）趋肤效应）趋肤效应 坯料进行感应加热时，沿坯料断面的电流密度分别是不均匀的。中心电流密坯料进行感应加热时，沿坯料断面的电流
9、密度分别是不均匀的。中心电流密度小，表层电流密度大，这种现象称为电流的趋肤效应。度小，表层电流密度大，这种现象称为电流的趋肤效应。电流集中的表面厚度称为电流的穿透深度，用电流集中的表面厚度称为电流的穿透深度，用“”表示。表示。第7页，本讲稿共40页式中：式中：电流穿透深度（电流穿透深度（mm）；）；f电流频率（电流频率（Hz）；）；r相对磁导率。对于各类钢，在相对磁导率。对于各类钢，在760（居里点）（居里点）以上时以上时r=1；电电阻率（阻率（cmcm）由上式可知，由上式可知，电电流的穿透深度与流的穿透深度与电电流流频频率呈反比。率呈反比。频频率越高，率越高，电电流的穿透深度越浅。流的穿透深
10、度越浅。由于由于趋趋肤效肤效应应，表，表层层金属主要是金属主要是电电流通流通过过而被加而被加热热，心部金属心部金属则则靠外靠外层热层热量向内量向内传导传导加加热热。对对于大直径的坯料，于大直径的坯料，如采用高如采用高频频率感率感应应加加热热炉加炉加热热，就可能出，就可能出现现表里温度不均表里温度不均匀，心部温度匀，心部温度过过低，如要提高心部温度，延低，如要提高心部温度，延长长加加热时间热时间，表表层层金属会因温度金属会因温度过过高而高而产产生生过热过热、过烧过烧等加等加热热缺陷。而缺陷。而选选用用较较低的低的频频率感率感应应加加热热，可以增加，可以增加电电流的穿透深度，达流的穿透深度，达到表
11、里同到表里同时时加加热热的目的。的目的。对对于小直径坯料，高于小直径坯料，高频电频电流可以穿透到心部，而且可流可以穿透到心部，而且可以提高加以提高加热热效果。效果。第8页，本讲稿共40页锻造用中频锻造用中频感应加热炉感应加热炉第9页，本讲稿共40页3）感应加热炉的特点）感应加热炉的特点优点：优点：加热速度快；氧化烧损极少；热效率高；温度可加热速度快；氧化烧损极少；热效率高；温度可 以以精确控制；劳动条件好；可以实现自动化加热。精确控制；劳动条件好；可以实现自动化加热。缺点；缺点；感应线圈（加热器）的尺寸对坯料的规格有一定感应线圈（加热器）的尺寸对坯料的规格有一定 的限制。的限制。感应加热是目前
12、锻造加热最先进的加热方法，在模锻中应用感应加热是目前锻造加热最先进的加热方法，在模锻中应用特别广泛。特别广泛。3.少无氧化加热少无氧化加热 精密模锻前，坯料必须采用少无氧化加热。少无氧化加精密模锻前，坯料必须采用少无氧化加热。少无氧化加热减少了钢材的氧化、脱碳和烧损，有利于提高模具寿命，热减少了钢材的氧化、脱碳和烧损，有利于提高模具寿命，锻件精度和材料利用率。锻件精度和材料利用率。少无氧化加热方法：保护气氛加热炉、盐浴炉等。少无氧化加热方法：保护气氛加热炉、盐浴炉等。感应加热的氧化、脱碳和烧损极少，坯料的烧损一般在感应加热的氧化、脱碳和烧损极少，坯料的烧损一般在0.5%以下，也可用于精密模锻。
13、以下，也可用于精密模锻。第10页，本讲稿共40页三、加热缺陷及防止三、加热缺陷及防止 坯料在加热过程中因加热工艺、操作等原因所引起的常见坯料在加热过程中因加热工艺、操作等原因所引起的常见加热缺陷：氧化、脱碳、过热、过烧和裂纹等。加热缺陷：氧化、脱碳、过热、过烧和裂纹等。1.氧化氧化 在高温下金属和炉气中的氧化性气体发生化学反应，在高温下金属和炉气中的氧化性气体发生化学反应，在坯料表面生成氧化膜（皮）。在坯料表面生成氧化膜（皮）。（1）影响氧化的因素）影响氧化的因素1）炉气性质）炉气性质 炉气性质取决于燃烧是的空气供给量炉气性质取决于燃烧是的空气供给量L实实。11时，时，炉内呈氧化性气氛，促使氧
14、化皮生成；炉内呈氧化性气氛，促使氧化皮生成；11时，炉内有时，炉内有过量的过量的COCO、H H2 2，呈还原性气氛，坯料氧化很少，甚至不氧，呈还原性气氛，坯料氧化很少，甚至不氧化。化。Fe+1/2O2 FeO Fe+CO2 FeO+CO Fe+H20 FeO+H2 FeO+1/2 O2 Fe 3O4 2Fe 3O4+1/2 O2 3Fe2o3 第11页，本讲稿共40页2）加热时间）加热时间 钢的加热时间越长，氧化扩散能力越大，形成的氧化皮越厚。钢的加热时间越长，氧化扩散能力越大，形成的氧化皮越厚。在高温在高温下加热时间越长，氧化月严重。下加热时间越长，氧化月严重。3）加热温度）加热温度 加热
15、温度升高，氧化扩散速度加快，氧化烧损也严重，形成的氧化皮加热温度升高，氧化扩散速度加快，氧化烧损也严重，形成的氧化皮也就越厚。钢在也就越厚。钢在600以前的氧化速度较慢，以前的氧化速度较慢，当温度超过当温度超过900950时，时，氧化程度急剧增加。氧化程度急剧增加。4）金属的化学成分和坯料的相对表面积）金属的化学成分和坯料的相对表面积 钢的含碳量大于钢的含碳量大于0.3%时，随含碳量的增加，氧化程度减小，是因为坯料表面时，随含碳量的增加，氧化程度减小，是因为坯料表面生成生成CO，降低了氧化性气体对坯料表面的作用。，降低了氧化性气体对坯料表面的作用。Cr、Ni、Al和和Mo等能在坯料表面生成致密
16、的氧化膜，阻止了氧化性气等能在坯料表面生成致密的氧化膜，阻止了氧化性气体向坯料心部的扩散，可降低氧化程度。体向坯料心部的扩散，可降低氧化程度。坯料的表面积小，接触炉气的面积也小，氧化烧损就相对较少。坯料的表面积小，接触炉气的面积也小，氧化烧损就相对较少。温度（温度（）900950100011001300氧化速度氧化速度123.57第12页，本讲稿共40页（2）氧化的危害）氧化的危害1）造成金属的烧损。不同加热方法的烧损率见下表）造成金属的烧损。不同加热方法的烧损率见下表2）加剧了模具的磨损。氧化皮硬而脆，使模具寿命缩短；）加剧了模具的磨损。氧化皮硬而脆，使模具寿命缩短；3）影响了锻件表面的粗糙
17、度值，形成麻点或垫坑；）影响了锻件表面的粗糙度值，形成麻点或垫坑；4）脱落在炉底的碱性氧化皮与酸性炉底发生化学反应，使炉底过早损坏；）脱落在炉底的碱性氧化皮与酸性炉底发生化学反应，使炉底过早损坏；5）氧化皮过厚，必然增加锻件的机械加工余量，增加了材料消耗；）氧化皮过厚，必然增加锻件的机械加工余量，增加了材料消耗；6）影响了锻件的锻后热处理工艺。）影响了锻件的锻后热处理工艺。（3）减少氧化的措施）减少氧化的措施1）采取快速加热，缩短加热时间，特别是在高温下的加热时间；）采取快速加热，缩短加热时间，特别是在高温下的加热时间；2）在保护性介质或气氛中加热。）在保护性介质或气氛中加热。加热方法加热方法
18、煤炉煤炉油炉油炉煤气炉煤气炉电阻炉电阻炉感应加热炉感应加热炉烧损率烧损率（%）2.54231.52.511.50.5第13页，本讲稿共40页2.脱碳脱碳 钢在加热时，其表层的碳与炉气中的氧化性气体（钢在加热时，其表层的碳与炉气中的氧化性气体（O2、H2O、CO2等）及某些还原性气体（等）及某些还原性气体（H2）发生化学反应，造成坯料表面的含碳量降低。）发生化学反应，造成坯料表面的含碳量降低。3Fe3C+O2 6Fe+2COFe3C+2H2 3Fe+CH4Fe3C+H2O 3Fe+CO+H2Fe3C+CO2 3Fe+2CO 脱碳和氧化皮生成是同时存在的，影响脱碳的因素与影响氧化的因素相似。脱碳和
19、氧化皮生成是同时存在的，影响脱碳的因素与影响氧化的因素相似。脱碳的危害脱碳的危害：（1）脱碳的存在，造成零件淬火软点，影响其力学性能，减低了耐磨性；）脱碳的存在，造成零件淬火软点，影响其力学性能，减低了耐磨性；（2）脱碳层深度过深，只能靠增加机械加工余量的方法消除，加大了材料消耗。）脱碳层深度过深，只能靠增加机械加工余量的方法消除，加大了材料消耗。一般情况下，用于防止氧化的措施，都可用于防止脱碳。一般情况下，用于防止氧化的措施，都可用于防止脱碳。3.过热过热 当坯料加热温度超过始锻温度，或在高温下停留时间过长，而引起晶当坯料加热温度超过始锻温度，或在高温下停留时间过长，而引起晶粒粗大的现象，称
20、为过热。粒粗大的现象，称为过热。过热不但使坯料晶粒粗大，在相同的条件下，锻件冷却后晶粒仍然粗大，过热不但使坯料晶粒粗大，在相同的条件下，锻件冷却后晶粒仍然粗大，导致锻导致锻件的强度和冲击性能显著下降。件的强度和冲击性能显著下降。第14页，本讲稿共40页 过热分为过热分为稳定过热稳定过热和和不稳定过热不稳定过热。（1）不稳定过热不稳定过热 由于单纯的原高温奥氏体晶粒粗大形成的由于单纯的原高温奥氏体晶粒粗大形成的过热，称为不稳定过热。可用一般的热处理方法消除，过热，称为不稳定过热。可用一般的热处理方法消除，如如正火等正火等。（2）温度过热温度过热 除原高温奥氏体晶粒粗大外，沿奥氏体晶界除原高温奥氏
21、体晶粒粗大外，沿奥氏体晶界大量析出第二相（包括杂质元素组成的化合物，如硫化物、大量析出第二相（包括杂质元素组成的化合物，如硫化物、碳化物和碳氮化合物等）质点以及其他促使原高温奥氏体碳化物和碳氮化合物等）质点以及其他促使原高温奥氏体晶界稳定的因素，这种过热称为稳定过热。晶界稳定的因素，这种过热称为稳定过热。稳定过热用稳定过热用一般热处理方法不易消除或改善一般热处理方法不易消除或改善，如碳化物网，如碳化物网状组织。只能用锻造方法，状组织。只能用锻造方法，通过加大变形程度，打碎网状碳通过加大变形程度，打碎网状碳化物，并使其呈弥散分布化物，并使其呈弥散分布。只有严格遵守锻造加热规范，尽可能缩短在高温下
22、只有严格遵守锻造加热规范，尽可能缩短在高温下的停留时间，可以有效防止过热的产生。的停留时间，可以有效防止过热的产生。第15页，本讲稿共40页4.过烧过烧 当坯料的加热温度高于过热温度，并且长时间在炉内当坯料的加热温度高于过热温度，并且长时间在炉内停留时，停留时，不但高温奥氏体晶粒粗大，还有氧化性气体渗入晶界，不但高温奥氏体晶粒粗大，还有氧化性气体渗入晶界，形成低熔点的共晶氧化物。破坏了基体金属的连续性，形成低熔点的共晶氧化物。破坏了基体金属的连续性，锻造时锻造时一击便碎。这种现象称为过烧。一击便碎。这种现象称为过烧。过烧是锻件的致命缺陷。过烧是锻件的致命缺陷。出现过烧锻件只能报废。对出现过烧锻
23、件只能报废。对于大型锻件，若局部过烧，只能将过烧部分切除。于大型锻件，若局部过烧，只能将过烧部分切除。5.裂纹裂纹 钢在加热过程的某一温度下，内应力超过它此时的强钢在加热过程的某一温度下，内应力超过它此时的强度极限，就会产生裂纹。度极限，就会产生裂纹。加热时材料的内应力主要有：加热时材料的内应力主要有：温度应力温度应力、组织应力组织应力和和残余残余应力应力。（1）温度应力）温度应力 坯料在加热过程中，由于其表层温度高于坯料在加热过程中，由于其表层温度高于心部温度，引起表层与心部的膨胀不均匀，这样所引起心部温度，引起表层与心部的膨胀不均匀，这样所引起的内应力为的内应力为温度应力，也称热应力。温度
24、应力，也称热应力。第16页，本讲稿共40页坯料的截面尺寸越大，其表里温度差也越大，产生的温度坯料的截面尺寸越大，其表里温度差也越大，产生的温度应力就大。应力就大。注意：注意：1）钢在低于）钢在低于500550时，钢材处于弹性状态，若此时快时，钢材处于弹性状态，若此时快速加热，表里温差大，温度应力也大，超出材料强度极限时，坯速加热，表里温差大，温度应力也大，超出材料强度极限时，坯料即会开裂。料即会开裂。2）加热温度超过）加热温度超过500550时，钢材处于塑性状态，塑性时，钢材处于塑性状态，塑性好，变形抗力较低，即是坯料的表里温差大，处于拉应力的温度好，变形抗力较低，即是坯料的表里温差大，处于拉
25、应力的温度应力可以是坯料产生塑性变形，使温度应力得以释放，不会造成应力可以是坯料产生塑性变形，使温度应力得以释放，不会造成坯料的开裂。坯料的开裂。（2）组织应力）组织应力 具有相变的钢在加热过程中，表面首先发生相变，具有相变的钢在加热过程中，表面首先发生相变，并且相变前后组织的比容发生变化，所引起的内应力称为组织应并且相变前后组织的比容发生变化，所引起的内应力称为组织应力。力。组织应力与温度应力一样，也是三向应力状态。组织应力与温度应力一样，也是三向应力状态。第17页，本讲稿共40页 当表层由珠光体转变为奥氏体时，表层当表层由珠光体转变为奥氏体时，表层拉应力拉应力，心部，心部压应力压应力。此时
26、表层的。此时表层的拉应力正好与同位置的温度应力方向相反，使拉应力值下降，不会出现开裂。拉应力正好与同位置的温度应力方向相反，使拉应力值下降，不会出现开裂。当心部也发生相变时，表层为压应力，心部为拉应力，此时心部的拉应力与同当心部也发生相变时，表层为压应力，心部为拉应力，此时心部的拉应力与同位置的温度应力同向，增加了开裂的趋势。但是当心部相变时，坯料已经处于高位置的温度应力同向，增加了开裂的趋势。但是当心部相变时，坯料已经处于高温，呈塑性状态，塑性变形可以使拉应力得到释放，不会出现开裂。温，呈塑性状态，塑性变形可以使拉应力得到释放，不会出现开裂。由此可见，由此可见，在加热过程中，组织应力无产生开
27、裂的危险性。在加热过程中，组织应力无产生开裂的危险性。（3）残余应力）残余应力 钢锭在加热、冷却过程中，由于外层和中心冷却秩序不同，各钢锭在加热、冷却过程中，由于外层和中心冷却秩序不同，各部分的相互牵着，并保留在钢锭中，形成残余应力。部分的相互牵着，并保留在钢锭中，形成残余应力。由于钢锭外层冷的快，心部冷得慢，残余应力在钢锭的外层为压应力由于钢锭外层冷的快，心部冷得慢，残余应力在钢锭的外层为压应力，心部为拉应力。其中心的拉应力正好与同位置温度应力同向，增加了，心部为拉应力。其中心的拉应力正好与同位置温度应力同向，增加了钢锭加热是心部开裂的趋势。钢锭加热是心部开裂的趋势。采用多段加热规范，低温阶
28、段缓慢加热，可以避免加热时坯料的开裂。只有采用多段加热规范，低温阶段缓慢加热，可以避免加热时坯料的开裂。只有当加热至坯料塑性状态时，可以快速加热，发挥加热炉的最大能力。当加热至坯料塑性状态时，可以快速加热，发挥加热炉的最大能力。第18页，本讲稿共40页四、锻造温度范围的确定四、锻造温度范围的确定1.确定锻造温度范围的基本原则和方法确定锻造温度范围的基本原则和方法（1）锻造温度范围）锻造温度范围 开始锻造温度（开始锻造温度（始锻温度始锻温度）至结束锻造温）至结束锻造温度（度（终锻温度终锻温度）之间的温度区间。）之间的温度区间。（2）确定锻造温度的原则）确定锻造温度的原则1）要求钢在锻造温度范围内
29、具有良好的塑性和较低的变形抗力，即可锻性好；）要求钢在锻造温度范围内具有良好的塑性和较低的变形抗力，即可锻性好；2）锻造温度范围尽可能宽些，以便延长锻造时间，减少加热次数，提高生产效）锻造温度范围尽可能宽些，以便延长锻造时间，减少加热次数，提高生产效率、降低能源消耗；率、降低能源消耗；3）能得到高质量的锻件，即有较好的断口组织和性能。）能得到高质量的锻件，即有较好的断口组织和性能。（3）确定锻造温度范围的基本方法）确定锻造温度范围的基本方法 以铁以铁碳平衡图为基础，参照塑性图、抗力图和再结晶图，由塑性、组碳平衡图为基础，参照塑性图、抗力图和再结晶图，由塑性、组织性能和变形抗力三个方面综合分析，
30、从而确定出始锻温度和终锻温度。织性能和变形抗力三个方面综合分析，从而确定出始锻温度和终锻温度。第19页，本讲稿共40页1）始锻温度的确定）始锻温度的确定 从铁从铁碳平衡图可见，钢的含碳量不同，其固相转变线碳平衡图可见，钢的含碳量不同，其固相转变线是不同的。是不同的。当加热到当加热到A3、A1和和Acm线以上，固相线以下，得到单相奥线以上，固相线以下，得到单相奥氏体组织。氏体组织。奥氏体组织塑性好，变形抗力小，易于塑性变形。奥氏体组织塑性好，变形抗力小，易于塑性变形。首先保证钢不出现过热和过烧现象首先保证钢不出现过热和过烧现象。一般应低于铁一般应低于铁碳平衡图碳平衡图的固相线的固相线(或熔点或熔
31、点)150250。在有些情况下在有些情况下，还应考虑坯料的原始组织还应考虑坯料的原始组织、锻造方式和锻造方式和变形工艺等因素变形工艺等因素。第20页，本讲稿共40页 钢锭的始锻温度比同种钢的钢材要高钢锭的始锻温度比同种钢的钢材要高2050。因为以钢锭为坯料时，由于其液态因为以钢锭为坯料时，由于其液态凝固时所获得的原始晶粒组织比较稳定，产生过热和过烧的倾向性小。凝固时所获得的原始晶粒组织比较稳定，产生过热和过烧的倾向性小。当采用高速锤锻造时，始锻温度应比通常的始锻温度低。当采用高速锤锻造时，始锻温度应比通常的始锻温度低。因为高速变形时热效应非因为高速变形时热效应非常显著，要防止过热。常显著，要防
32、止过热。对于大型锻件的锻造，如果此时的锻比小于对于大型锻件的锻造，如果此时的锻比小于1.5，则应适当降低始锻温度，以，则应适当降低始锻温度，以防晶粒长大。防晶粒长大。这是因为在确定其最后一火这是因为在确定其最后一火(或两火或两火)的始锻温度时，必须考虑最后工序剩余的锻的始锻温度时，必须考虑最后工序剩余的锻造比，这对不能用热处理方式细化晶粒的某些特殊钢来说尤其重要。造比，这对不能用热处理方式细化晶粒的某些特殊钢来说尤其重要。第21页，本讲稿共40页（2）终锻温度的确定）终锻温度的确定 在确定终锻温度时，既要保证钢在终锻前具有足够的塑性，又要时锻件在确定终锻温度时，既要保证钢在终锻前具有足够的塑性
33、，又要时锻件获得良好的组织性能。终锻温度应高于再结晶温度，保证再结晶完全，以获获得良好的组织性能。终锻温度应高于再结晶温度，保证再结晶完全，以获得细晶粒组织的锻件。得细晶粒组织的锻件。从铁碳平衡图可见，从铁碳平衡图可见，终锻温度应高于终锻温度应高于A1线以上线以上2575.若低于若低于A1线就线就会出现珠光体组织，时塑性显著下降，变形抗力增大，加工硬化严重，容易会出现珠光体组织，时塑性显著下降，变形抗力增大，加工硬化严重，容易导致锻件开裂。导致锻件开裂。含碳量不同的钢，其终锻温度也是不同的。含碳量不同的钢，其终锻温度也是不同的。低碳钢低碳钢：终锻温度在：终锻温度在A3线以下处于奥氏体和铁素体的
34、双相区，二者的塑线以下处于奥氏体和铁素体的双相区，二者的塑性都很好，不会给锻造带来困难。性都很好，不会给锻造带来困难。中碳钢中碳钢：终锻温度基本上处于单相奥氏体区内，塑性好，完全满足终锻要：终锻温度基本上处于单相奥氏体区内，塑性好，完全满足终锻要求。求。高碳钢高碳钢：终锻温度在：终锻温度在A1线以上，线以上，Acm线以下，线以上线以下，线以上50 100。若。若高于高于Acm线结束锻造，停锻温度过高，不仅使晶粒粗大，还会沿晶界析出网线结束锻造，停锻温度过高，不仅使晶粒粗大，还会沿晶界析出网状渗碳体，降低了锻件的力学性能。终锻温度在状渗碳体，降低了锻件的力学性能。终锻温度在Am线以下时，不能停锻
35、，线以下时，不能停锻，应继续锻造，以破碎网状渗碳体且呈弥散分布。有利于提高锻件的力学性能。应继续锻造，以破碎网状渗碳体且呈弥散分布。有利于提高锻件的力学性能。第22页，本讲稿共40页 在确定终锻温度时，还要考虑以下几点；在确定终锻温度时，还要考虑以下几点；对于无相变的钢种，由于不能用热处理的方法细化晶粒，只有依靠锻造来控对于无相变的钢种，由于不能用热处理的方法细化晶粒，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。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。对于某些特殊工序，其终锻温度还要作相应调整。例如精整工序的终锻对于某些特殊工序，其终锻温度还
36、要作相应调整。例如精整工序的终锻温度一般允许比规定值低温度一般允许比规定值低 。对于锻后立即进行锻件余热热处理时，为满足余热热处理的温度要求，其终对于锻后立即进行锻件余热热处理时，为满足余热热处理的温度要求，其终锻温度有时可以稍高些，当锻件的材料为低碳钢时，其终锻温度可以稍高于锻温度有时可以稍高些，当锻件的材料为低碳钢时，其终锻温度可以稍高于线。线。第23页，本讲稿共40页 加热规范是指金属从装炉开始到结束加热的整个过程中，对炉子温度和金属温度随时间加热规范是指金属从装炉开始到结束加热的整个过程中，对炉子温度和金属温度随时间变化的规定。变化的规定。1.1.加热规范的主要内容加热规范的主要内容
37、装炉温度、加热各个阶段炉子的升温速度、各个阶段加热（保温）时间和总的装炉温度、加热各个阶段炉子的升温速度、各个阶段加热（保温）时间和总的加热时间、以及最终加热温度、允许的加热不均匀性和温度头等。加热时间、以及最终加热温度、允许的加热不均匀性和温度头等。2.2.制定加热规范的原则制定加热规范的原则 在保证毛坯加热质量前提下，缩短加热时间和节省燃料，力求加热过程越快越好。在保证毛坯加热质量前提下，缩短加热时间和节省燃料，力求加热过程越快越好。3.3.加热规范的确定方法加热规范的确定方法（1）装炉温度装炉温度 通常装炉温度对导热性好及断面尺寸小的钢料影响不大，一般通常装炉温度对导热性好及断面尺寸小的
38、钢料影响不大，一般不考虑装炉温度。但对导热性差及断面尺寸大的钢料，则应限制装炉温度，不考虑装炉温度。但对导热性差及断面尺寸大的钢料，则应限制装炉温度，尤其对大钢锭及高合金钢，除限制装炉温度外，还应在该温度下进行保温。尤其对大钢锭及高合金钢，除限制装炉温度外，还应在该温度下进行保温。因为在开始预热阶段，钢料温度低、塑性差，而且在因为在开始预热阶段，钢料温度低、塑性差，而且在200 400范围内存范围内存在兰脆区。但在在兰脆区。但在450 以后以后,塑性指标塑性指标、显著提高，而显著提高，而b b和和 s逐渐降低。所逐渐降低。所以，一般高速钢的装炉温度为以，一般高速钢的装炉温度为450 600，高
39、锰钢为，高锰钢为400 450。（2）加热速度）加热速度 可能的最大的加热速度可能的最大的加热速度（快速加热）：炉子以最大的供热能力加热（快速加热）：炉子以最大的供热能力加热时所能达到的加热速度；时所能达到的加热速度；金属允许的加热速度金属允许的加热速度：金属在加热时不产生加热裂纹的加热速度。：金属在加热时不产生加热裂纹的加热速度。温度头温度头：炉温与坯料表面的温差。：炉温与坯料表面的温差。五、钢的加热规范五、钢的加热规范第24页，本讲稿共40页1）低温阶段低温阶段（约在（约在800前）前）炉温与毛坯表面温度间的炉温与毛坯表面温度间的差别很大，即温度头大。这时的加热速度若达到最大值，差别很大，
40、即温度头大。这时的加热速度若达到最大值，由此引起的温度应力也可能最大。同时，由于钢料在低由此引起的温度应力也可能最大。同时，由于钢料在低温时的塑性较差，特别是有蓝脆温度区及原有残余应力温时的塑性较差，特别是有蓝脆温度区及原有残余应力的存在，因此，钢在这个阶段产生裂纹的危险性最大的存在，因此，钢在这个阶段产生裂纹的危险性最大(这这时的快速加热要特别注意时的快速加热要特别注意)。2）高温阶段高温阶段 由于钢的塑性急剧的增加，温度应力和残余由于钢的塑性急剧的增加，温度应力和残余应力逐渐得到消除，产生裂纹的危险性也就大为减少，应力逐渐得到消除，产生裂纹的危险性也就大为减少，因此，可以用最快的加热速度加
41、热。因此，可以用最快的加热速度加热。只有加热导热性很差的高碳钢、高合金钢或断面尺寸较只有加热导热性很差的高碳钢、高合金钢或断面尺寸较大的钢锭，因为产生裂纹的可能性较大，所以需要低温预大的钢锭，因为产生裂纹的可能性较大，所以需要低温预热，要待塑性提高和产生裂纹的危险性消除以后，方可用热，要待塑性提高和产生裂纹的危险性消除以后，方可用最大的、技术上所能达到的加热速度来加热。最大的、技术上所能达到的加热速度来加热。对于那些导热性较好的低碳钢、低合金钢或断面尺寸较小的对于那些导热性较好的低碳钢、低合金钢或断面尺寸较小的钢锭，均可不经预热，而直接装入炉温等于或高于始锻温度的炉钢锭，均可不经预热，而直接装
42、入炉温等于或高于始锻温度的炉内，以最大的加热速度进行加热。内，以最大的加热速度进行加热。第25页，本讲稿共40页（3）均热保温）均热保温1）装炉温度下的保温，目的是防止金属在加热过程中，因温装炉温度下的保温，目的是防止金属在加热过程中，因温度应力而引起破坏，特别是钢在度应力而引起破坏，特别是钢在200200 400400 的蓝脆破坏。的蓝脆破坏。2）700 850 的保温，目的是为了减少前段加热后钢料的保温，目的是为了减少前段加热后钢料断面上的温差，从而减少钢料断面内的温度应力和使锻造断面上的温差，从而减少钢料断面内的温度应力和使锻造温度下的保温时间不至过长。温度下的保温时间不至过长。3）终锻
43、温度下保温，目的除减少钢料断面上的温差以使温度均匀外，）终锻温度下保温，目的除减少钢料断面上的温差以使温度均匀外，还可借助扩散作用，使组织均匀化，减小变形的不均匀。这样不还可借助扩散作用，使组织均匀化，减小变形的不均匀。这样不但提高了金属的塑性，而且对提高锻件质量也有一定的重要意义。但提高了金属的塑性，而且对提高锻件质量也有一定的重要意义。如高速钢在终锻温度下的保温的目的，就是使碳化物溶于固溶体如高速钢在终锻温度下的保温的目的，就是使碳化物溶于固溶体中。但是对有些钢，如铬钢（中。但是对有些钢，如铬钢（r r）在高温下容易产生过热。）在高温下容易产生过热。因此在锻造温度下的保温时间不能太长，否则
44、将产生过热和过烧。因此在锻造温度下的保温时间不能太长，否则将产生过热和过烧。第26页，本讲稿共40页（4）加热时间）加热时间 坯料在炉中均匀加热到规定温度所用的时间，它是加热各个阶段保温时间坯料在炉中均匀加热到规定温度所用的时间，它是加热各个阶段保温时间和升温时间的总和，一般按实验数据和图表确定。也可以按经验公式确定。和升温时间的总和，一般按实验数据和图表确定。也可以按经验公式确定。4.4.不同规格钢锭、钢材的加热规范不同规格钢锭、钢材的加热规范（1 1）钢锭和大钢坯的加热规范）钢锭和大钢坯的加热规范 冷锭料冷锭料(装炉时的温度为室温装炉时的温度为室温)加热规范：关键是控制低温阶段加热规范：关
45、键是控制低温阶段(600(600 以下以下)的加热速度：的加热速度：由于各种材料的冷钢锭低温时的导热系数相差很大，因此，同样温度下其温度由于各种材料的冷钢锭低温时的导热系数相差很大，因此，同样温度下其温度应力相差也很大。应力相差也很大。另外钢锭在另外钢锭在600 600 以下塑以下塑 性较差，其心部存在与温度应性较差，其心部存在与温度应 力同向的残余应力，如果加热力同向的残余应力，如果加热 规范不当容易引起钢锭开裂。规范不当容易引起钢锭开裂。所以，冷钢锭的加热应按导温所以，冷钢锭的加热应按导温 性和塑性的大小分组制定相应性和塑性的大小分组制定相应 的加热规范。的加热规范。第27页，本讲稿共40
46、页 热锭料热锭料(炼钢车间浇铸的钢锭直接保温送到锻造车间炼钢车间浇铸的钢锭直接保温送到锻造车间装炉加热，其装炉时的表面温度不低于装炉加热，其装炉时的表面温度不低于550550 650)650)采采用用热热锭锭料料加加热热不不但但避避免免产产生生残残余余应应力力和和降降低低温温度度应应力力，而而且且缩缩短短加加热热时时间间，减减少少氧氧化化损损失失及及燃燃料料消消耗耗，避避免免钢钢锭锭冷冷却却产产生生缺缺陷陷，提提高高炉炉子子生生产产率率。一一般般装装炉炉温温度约为度约为800 1200。热热钢钢锭锭的的加加热热规规范范，主主要要取取决决于于它它的的断断面面尺尺寸寸，而而与与它它的的化化学成分无
47、关。原因是：学成分无关。原因是：1）各各种种钢钢料料高高温温时时的的导导温温系系数数很很接接近近，因因此此各各钢钢种种的的热热锭锭和热钢坯可以使用同一加热规范；和热钢坯可以使用同一加热规范；2）热热锭锭装装炉炉时时的的心心部部温温度度高高于于表表面面（高高出出300 左左右右），当当开开始始加加热热时时，表表面面温温度度升升高高，而而心心部部则则继继续续降降低低，因因而而断断面面温温差差小小，相相应应的的温温度度应应力力也也小小。当当温温度度继继续续提提高高，断断面面温温差差虽虽然然有有所所增增大大，但但这这时时钢钢锭锭已已具具有有较较高高的的塑塑性性，温温度度应应力力的的危危险险性性不不大大
48、，故故对对钢钢锭锭加加热热可可不不限限制制装装炉炉温温度度和和升升温温速速度度，可可按按最最大大加加热热速速度度加加热热至至所所规规定定的的最最高高温温度度。但但是是，当当钢钢锭锭达达到到最最高高温温度后，必须进行长时间保温，使其均匀。度后，必须进行长时间保温，使其均匀。第28页，本讲稿共40页（2）钢材或中小钢坯的加热规范钢材或中小钢坯的加热规范 大部分中小模锻件和自由锻件多采用钢材或中小钢坯作为原材料。大部分中小模锻件和自由锻件多采用钢材或中小钢坯作为原材料。特点是尺寸较小，经过了初期的压力加工成形特点是尺寸较小，经过了初期的压力加工成形(钢锭锻造成钢坯或轧制钢锭锻造成钢坯或轧制成钢材等成
49、钢材等)，其强度和塑性得到了提高，同时消除或减小了残余应力，其强度和塑性得到了提高，同时消除或减小了残余应力，因此加热时不易产生破坏。其加热规范的特点如下：因此加热时不易产生破坏。其加热规范的特点如下：1）可高温装炉，快速加热。）可高温装炉，快速加热。2）这类原材料当加热到始锻温度后可不保温而立即出炉锻造。）这类原材料当加热到始锻温度后可不保温而立即出炉锻造。3）始始锻锻温温度度在在保保证证不不出出现现加加热热缺缺陷陷的的条条件件下下尽尽可可能能高高些些，这这样样有有利利于于降降低低变变形形抗抗力力和和提提高高金金属属的的塑塑性性，有有利利于于金金属属流流动动成成形形，另另外外，当当操操作作速
50、速度度较较快快，温降较小时，其终锻温度较高，可进行余热热处理。温降较小时，其终锻温度较高，可进行余热热处理。对对于于断断面面尺尺寸寸在在150200mmmm以以下下的的碳碳素素结结构构钢钢和和直直径径小小于于100mmmm的的合合金金结结构构钢钢，可可按按最最大大可可能能的的加加热热速速度度加加热热，采采用用一一段段加加热热规规范范，炉子温度通常为炉子温度通常为1300 1350。断面尺寸在断面尺寸在200 200 300mm 300mm，含碳量大于，含碳量大于0.450.45的碳素钢和合金结构的碳素钢和合金结构钢的钢坯，采用三段加热规范。钢的钢坯，采用三段加热规范。第29页，本讲稿共40页六