整理锻造是金属塑性成形工艺的一种文档格式.docx
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1级的晶粒实际平均长度0.222mm。
晶粒度是材料强度、韧性、塑性的重要衡量指标。
剪切法特点：
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
专用剪床、曲柄压力机、液压机、锻锤
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
锯切法特点：
（a）下料长度准确
（b）端面平整
（a）生产效率低
（b）锯口有材料损耗
气割法特点：
（a）气割所用设备简单便于野外作业
（b）可切割各种截面材料，尤其适用于对厚板材料进行曲线切割。
（a）切割面不平整、精度差
（b）断口材料损耗大
（c）生产效率低。
折断法尤其适用于硬度较高的钢如高碳钢和合金钢。
（1）生产效率高；
（2）断口金属损耗小；
（3）所用工具简单，无需专用设备。
2.1.1加热的目的
（1）提高金属的塑性
（2）降低变形抗力
2.1.2加热方法
（1）火焰加热
（2）电加热
火焰加热是利用燃料（煤、油、煤气、天然气等）燃烧时所产生的热量，通过对流、辐射把热能传给坯料表面。
然后由表面向中心热传导，使整个坯料加热。
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，加热速度慢，加热质量差，热效率低等。
电加热—电阻加热—电阻炉加热
接触电加热
盐浴炉加热
—感应加热
（a）电阻炉加热
电阻炉加热是利用电流通过炉内的电热体产生的热量，加热炉内的金属坯料。
（a）电阻炉加热
●加热温度受到电热体的使用温度限制
●热效率也比其它电加热法低。
●对坯料加热的适应范围较大，
●便于实现加热的机械化、自动化，可用保护气体进行少无氧化加热。
（b）感应加热
感应电加热是将金属坯料放入通过交变电流的螺旋线圈（感应圈）。
线圈产生的感应电动势，在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加热坯料。
（b）感应加热
根据所用电流频率不同，感应电加热可分为：
高频加热：
f＝105~106Hz
中频加热：
f＝500~10000Hz
工频加热：
f＝50Hz
在锻压生产中，以中频感应电加热应用最多。
加热速度快、加热质量好、温度易于控制、金属烧损少、操作简单、工作稳定、便于实现机械化、自动化。
劳动条件好，对环境没有污染。
设备投资费用高、每种规格感应器加热的坯料尺寸范围窄
钢加热时的缺陷及防治措施
氧化防治措施：
（a）在保证锻件质量的前提下，尽量采用快速加热，缩短加热时间，尤其是缩短高温下的停留的时间，在操作时尽量采用少装勤装的方法。
（b）在燃料完全燃烧的条件下，尽可能减少空气过剩量，以免炉内剩余氧气过多，注意减少燃料中的水分。
（c）炉内应保持不大的正压力，防止冷空气的吸入。
钢料在加热时，其表层的碳和炉气中的氧化性气体（如O2、H20、CO2等）及某些还原性气体（如H2）发生化学反应，造成了钢料表面含碳量的降低，这种现象称为脱碳。
脱碳层只在脱碳速度越过氧化速度时才能形成，或者说，在氧化作用相对较弱的情况下，可形成较深的脱碳层。
2.2.2脱碳
（1）概述
脱碳的危害
脱碳使锻件的表面变软，强度和耐磨性降低。
对于高碳工具钢、轴承钢、高速钢及弹簧钢应特别注意。
2.2.2脱碳
（2）脱碳的主要影响因素
（a）金属的化学成分（内因）
钢中含碳量越高脱碳的倾向就越大。
某些合金元素使脱碳层加深，如C、W、Al、Si、Co等。
有些合金元素则能阻止脱碳，如Cr、Mn等。
有些合金元素对脱碳无影响，如Ni、V等
（b）加热条件（外因）
炉气成分
炉气成分中脱碳能力最强的介质是H2O（汽），其次是CO2和O2，最后是H2。
CO的含量增加可减少脱碳。
一般在中性介质或弱氧化性介质中加热可减少脱碳
（2）脱碳的主要影响因素
一般在中性介质或弱氧化性介质中加热可减少脱碳。
加热温度
钢在氧化性气氛中加热时，既产生氧化，同时也产生脱碳。
在温度低于1000℃时，由于钢料表面的氧化皮阻碍碳的扩散，因此脱碳过程比氧化慢。
随着温度的升高，氧化速度加快，同时脱碳速度也加快，但是，此时氧化皮失去保护能力，因此达到某一温度后，脱碳就比氧化更强烈。
（3）防止措施
一般用于防止氧化的措施，同样也可用于防止脱碳。
当坯料加热温度超过始锻温度，或坯料在高温下停留时间过长而引起晶粒粗大的现象称为过热。
晶粒开始急剧长大的温度叫过热温度。
（1）概述
过热的危害：
过热的组织由于晶粒粗大，会引起力学性能（特别是冲击韧性）的降低。
过热不是致命性的缺陷，可通过锻造及热处理消除，但是在实际生产中还是要力求避免。
2.2.3过热
（2）防止措施
（a）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。
（b）在锻造时要使锻件有足够的变形量。
对于需要预制坯的模锻件，应保证终锻时锻件各部分有适当的变形量。
（c）测温用的热工仪表必须校正准确。
当金属加热到接近其熔化温度（称为过烧温度），并在此温度下停留时间过长时，不仅晶粒粗大，而且由于晶界发生局部熔化，氧化性气体进一步侵入晶界，使晶间物质氧化，形成易熔共晶氧化物，使晶粒间结合完全破坏。
这种缺陷称为过烧。
过烧的危害：
过烧的坯料进行锻造时，轻则在表面引起网络状裂纹，一股称之为“龟裂”，严重时将导致坯料破裂成碎块，其断口无金属光泽。
过烧是加热的致命缺陷，最后坯料只能报废。
如果坯料只是局部过烧，可将过烧的部分切除掉。
如果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，那么就要产生裂纹。
通常内应力有温度应力、组织应力和残余应力。
残余应力的产生原因：
产生的原因：
温度不均匀
变形不均匀
组织不均匀
锻造温度范围：
是指开始锻造温度（始锻温度）和结束锻造温度（终锻温度）之间的一段温度区间。
确定的基本原则是：
（1）要求在锻造温度范围内金属具有良好的塑性和较低的变形抗力；
（2）锻造温度范围尽可能宽广。
确定的基本方法是：
以合金平衡相图为基础，再参考塑性图、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，从而定出始锻温度和终锻温度。
始锻温度：
一般比固相线低150℃~250℃
（1）首先必须保证钢无过烧现象；
（2）还应考虑到坯料组织、锻造方式和变形工艺等因素。
终锻温度：
应稍高于其再结晶温度（25℃~75℃）
（1）终锻温度过高，会使锻件晶粒粗大，甚至产生魏氏组织；
（2）终锻温度过低，不仅导致锻造后期加工硬化严重，可能引起断裂。
加热规范：
是指坯料从装炉开始到加热完了整个过程中炉子温度和坯料温度随时间变化的规定。
加热规范采用炉温—时间的变化曲线（又称加热曲线）来表示。
锻压生产常用的加热规范有：
一段、二段、三段、四段及五段加热规范。
（1）装炉温度
装炉温度：
装炉时的炉膛温度
（a）对热扩散性好及断面尺寸小的钢料影响不大
（b）对热扩散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。
（2）加热速度
加热速度一般有两种表示方法：
采用单位时间内金属表面温度升高多少（℃/h）
采用单位时间内金属截面热透的数值（mm/min）。
加热规范中有两种不同含义的加热速度：
最大可能的加热速度
允许的加热速度
（2）加热速度
最大可能的加热速度：
指炉子按最大供热能量升温时所能达到的加热速度。
它和炉子的结构型式、燃料种类及燃烧情况、坯料的形状和尺寸及其在炉中的放置方法等有关。
允许的加热速度：
指加热过程中，在不破坏金属完整性的条件下所允许的加热速度。
它主要取决于加热过程中产生的温度应力，而温度应力的大小又与金属的热扩散率、热容量、线膨胀系数、力学性能及坯料尺寸等有关。
通常的保温包括：
（a）装炉温度下的保温
（b）700~850℃的保温
（c）加热到锻造温度下的保温（均热保温）
装炉温度下保温的目的
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200~400℃很可能因蓝脆而发生破坏。
700~850℃保温的目的
（a）减小断面温差
减少前段加热后钢料断面上的温差，从而减小钢料断面内的温度应力
（b）使锻造温度下的保温时间不至过长。
（c）降低相变的影响
对于有相变的钢，当其几何尺寸较大时，为了不至于因相变吸热使内外温差过大，更需要在该阶段保温。
始锻温度下保温的目的
（a）减少钢料断面上的温差，以使温度均匀；
（b）高温扩散
使组织均匀，以减少变形不均匀，不但可提高金属的塑性，而且对提高锻件质量也具有重要影响。
保温时间的长短，要从锻件质量、生产效率等方面进行综合考虑
始锻温度下的保温时间尤为重要。
始锻温度下的保温时间有：
最小保温时间
最大保温时间
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最短的保温时间。
最小保温时间与温度头和坯料尺寸有关。
温度头越大，坯料直径越大时，最小保温时间也越大。
相反，最小保温时间则越短。
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。
当保温时间越过最大保温时间时，应把炉温降到700~850℃待料，对易过热的钢种更要注意。
加热时间是指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。
确定方法：
（a）根据传热理论进行计算
（b）利用经验公式计算
（c）根据实验数据或图表确定
按钢锭的规格大小可分为：
大型钢锭和小型钢锭。
一般把重量2~2.5吨、直径500~550mm以上的钢锭称为大型钢锭；
此外便是小型钢锭。
按加热装炉时钢锭的温度高低可分为：
冷锭与热锭。
冷锭是指锻前加热装炉时钢锭温度为室温的钢锭。
热锭是由炼钢车间脱模后直接送到锻压车间，表面温度不低于600℃的钢锭。
（2）冷锭的加热规范
冷锭加热的关键在低温阶段。
（a）冷锭加热在低于500℃时塑性很差，
（b）冷锭内部的残余应力与温度应力同向
（c）钢锭存在的各种组织缺陷，会造成应力集中。
（3）热锭加热规范
热锭装炉炉温不受限制，入炉便可以最大加热速度加热。
（a）热锭的塑性良好；
（b）锭心温度高，加热引起的断面温差小；
（c）温度应力不大，没有危害。
由于各种钢在高温时的导热性都很相近，所以热锭的加热规范，只取决于断面尺寸，而与钢的种类无关。
机械加工前的热处理称为锻件热处理（也称毛坯热处理或第一热处理）。
机械加工后的热处理称为零件热处理（也称最终热处理或第二热处理）。
通常，锻件热处理是在锻压车间内进行的。
锻件热处理的目的：
（a）调整锻件的硬度，以利锻件进行切削加工。
（b）消除锻件内应力，以免在机械加工时变形。
（c）改善锻件内部组织，细化晶粒，为最终热处理作好组织准备。
（d）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。
常用的锻件热处理方法有：
退火、正火、淬火、回火、调质和等温退火等。
（4）余热热处理
余热热处理：
锻后利用锻件自身的热量直接进行热处理。
锻件余热处理分两类：
锻后不等冷却便送入热处理炉，按常规热处理工艺进行热处理。
形变热处理：
锻后直接进行热处理，把锻造和热处理紧密结合在一起。
自由锻是将坯料加热到锻造温度后，在自由锻设备和简单工具的作用下，通过人工操作控制金属变形以获得所需形状、尺寸和质量的锻件的锻造方法。
自由锻分为：
手工锻造、锤上自由锻、液压机上自由锻
自由锻的工艺特点：
（1）工具简单、通用性强，灵活性大；
（2）大多数情况下是局部接触、逐步变形，所需设备吨位小；
（3）精度差、效率低、劳动强度大、环境恶劣；
（4）适合单件或小批量生产。
金属的塑性流动主要取决于两个方而：
①工具和坯料的关系；
②坯料各部分之间的关系。
（温度场和材料本身的均匀情况也是有影响的）
3.1.4影响金属塑性变形流动的几个基本因素
（1）加载情况
加载情况是最重要的影响因素，它反映了工具与坯料之间的关系。
不同的加载情况，在坯料内引起的应力场和变形情况是不一样的。
（2）变形情况
是整体塑性变形，还是局部塑性变形?
局部塑性变形时，存在变形区和不变形区（所谓外端、刚端），刚端对变形区金属的变形和流动将产生较大的影响。
最小阻力定律
如果物体在变形过程中质点有多各个方向移动的可能性时，则物体内各质点将是向着阻力最小的方向移动
镦粗的作用：
（1）由横截面积较小的坯料得到横截面积较大而高度较小的锻件。
（2）冲孔前增大坯料横截面积和平整坯料端面。
（3）反复进行锻粗和拔长可以提高锻造比，破碎碳化物，并使其均匀分布。
（4）提高锻件的力学性能和减小力学性能的异向性。
坯料镦粗时的主要质量问题有：
（a）侧表面易产生纵向或呈45°
方向的裂纹；
（b）内部组织不均匀，锭料镦粗后上、下端常保留铸态组织；
（c）高坯料镦粗时，常由于失稳而弯曲等。
坯料镦粗时产生质量问题的原因：
导致变形不均匀的原因：
（a）摩擦；
（b）温度不均匀。
使坯料横截面减小而长度增加的成形工序称为拔长。
可分为：
（1）矩形截面坯料拔长
（2）圆截面坯料的拔长
（3）空心坯料的拔长
拔长是在长坯料上局部进行压缩，属于局部加载、局部受力、局部变形的情况。
它是在两端带有不变形金属的镦粗。
金属的变形和流动除了受工具的影响外，还受其两端不变形金属的影响。
拔长常见的质量问题：
表面裂纹角裂内部的对角裂纹内部的横向裂纹断面内凹折叠
圆截面坯料的拔长工艺
（a）将截面变化为方形
（b）采用型砧拔长
V型砧
圆形型砧
在坯料上锻制出透孔或不透孔的工序叫作冲孔。
冲孔工序常用于以下情况：
（a）锻件带有较大直径的通孔或盲孔
（b）需要扩孔的锻件应先冲出通孔
（c）需要拔长的空心件应先冲出通孔
冲孔分为：
实心冲子冲孔、空心冲子冲孔、垫环上冲孔
减小空心坯料壁厚而增加其内、外径的锻造工艺叫扩孔。
扩孔分为：
冲子扩孔
芯轴扩孔（马杠扩孔、马架扩孔）
辗压扩孔
其他方法（楔扩孔、液压扩孔和爆炸扩孔等）
芯轴扩孔时变形区金属主要沿切向流动．并增大内、外径，其原因是：
（a）变形区沿切向的长度远小于宽度（即锻件的高度）。
（b）锻件一般壁较薄，故外端对变形区金属切向流动的阻力远比宽度力向小
（c）马杠与锻件的接触面呈弧形，有利于金属沿切向流动。
坯料在弯曲时的变形特点：
（a）内侧金属受压缩，可能产生折叠；
（b）外侧金属受拉伸，容易引起裂纹；
（c）弯曲处坯料截面形状要发生畸变，截面面积减小，长度略有增加；
（d）弯曲半径越小，弯曲角度越大，截面畸变越严重。
（1）加工余量
一般锻件的尺寸精度和表面粗糙度，达不到零件图的要求，锻件表面应留有供机械加工用的金属层，称为机械加工余量（以下简称余量）。
（2）锻件公差
在锻造生产中，由于各种因素的影响，锻件实际尺寸不可能达到公称尺寸，允许有一定的误差，称为锻造公差。
（3）锻造余块
为了简化锻件外形或根据锻造工艺需要，在零件上较小的孔、狭窄的凹档、直径差较小而长度不大的台阶等难于锻造的地方，通常都需填满金属，这部分附加的金属叫做锻造余块。
锻造余块增加了机械加工工时和金属损耗。
锻造比是表示变形程度的一种方法，是衡量锻件质量的一个重要指标。
自由锻常用设备为自由锻锤和液压机
大锻件生产的主要特点有：
（1）产品质量要求严格
缺陷、组织、性能、形状
（2）工艺过程复杂
冶炼、铸锭、锻造、热处理、机加工、探伤
（3）生产费用高
3.5.4锻造对钢锭组织和性能的影响
（1）改变铸态组织，细化晶粒
（a）锻造热变形时，当达到一定的变形程度后铸态的粗晶、树枝状结构以及晶界物质便被击碎.
（b）热变形时，发生动态再结晶，热变形停止，又会产生静态再结晶。
经过充分的锻造热变形和动、静态回复、再结晶联合作用，铸态组织将转变为再结晶组织。
晶粒度和均匀度主要取决于合适的变形温度和变形程度及其分布的均匀性。
对于需要多次加热锻造才能锻成的锻件，最后一火热锻参数的控制具有决定性作用。
对于无相变的铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢等，由于不能通过热处理细化晶粒，所以通过热锻使晶粒细化、均匀化显得更为重要。
（2）降低偏析，改变夹杂物分布
（a）热锻（大变形量+再结晶）可以有效的降低宏观偏析，基本消除微观偏析。
热锻时充分的塑性变形、不同方向的塑性流动，再加上高温扩散和相互溶解可使夹杂物变形、破碎、均布。
（b）形成纤维组织（流线）
（3）锻合空洞类缺陷
钢锭中空洞类缺陷有：
疏松、缩孔、微裂纹、微空隙等。
这些缺陷如果内表面没有被氧化，通过锻造可使空洞逐步减小，直至完全焊合。
（3）锻合内部孔隙
锻合压实孔隙缺陷的基本条件：
（a）锻造时应有良好的应力状态。
有足够大的静水压应力。
（b）锻压时有足够大的变形量。
锻坯只有发生了较大的塑性变形后，内部孔穴才可能产生变形、并完全闭合。
（c）有足够高的变形温度。
不仅因为高温下锻压易于塑性变形，而且，孔隙在高温下容易闭合、焊合、并发生金属键结合，提高了锻合效果。
孔隙锻合的机理：
（a）在上述变形条件下，首先缺陷区的金属发生塑性变形，使空洞缩小、变形，直至内壁相互靠合、压紧，称为空洞的闭合阶段。
（b）在高温、高压作用下，使空洞内壁焊合为一体，称为焊合阶段。
（4）锻造对锻件性能的影响
因为通过锻造，钢锭中的宏观及微观缺陷得到锻合压实，晶粒破碎再结晶，组织结构的致密性、均匀性都有所提高，因而，综合力学性能相应提高。
白点的成因：
关于白点的形成原因，一般认为是由于钢中的氢和组织应力共同作用的结果。
冷却速度愈快时，它们的作用愈显著，而锻件的尺寸愈大，白点也愈易形成，因此锻造白点敏感性钢的大锻件时，应特别注意冷却速度。
（2）防止白点处理
对白点敏感的大型锻件进行锻后冷却与热处理的，若能将氢大量扩散出去，同时尽量减小组织应力，就可避免产生白点。
氢在钢中的扩散速度和锻件的温度、组织、尺寸等有关。
锻件在锻后的冷却过程中，当温度降至650℃及300℃时，氢在钢中的扩散速度很大。
如在此温度附近保温停留，便可使氢大量扩放出去
欲使组织应力减小，则要求奥氏体转变迅速、均匀、完全。
奥氏体转变最快的温度：
对于珠光体钢为620~660℃，
对于马氏体钢为580~660℃及280~320℃。
当锻件冷却到上述温度进行等温转变，便可使奥氏体转变迅速、均匀、完全。
大大减小组织应力。
（a）等温冷却：
适用于白点敏感性较低的碳钢及低合金钢锻件。
（b）起伏等温冷却：
适用于白点敏感性较高的小截面合金钢锻件。
（c）起伏等温退火：
适用于白点敏感性较高的大截面合金钢锻件。
（3）高温扩散
改善枝晶偏析
开式模锻时影响金属成形的主要因素
（1）模膛（模锻件）的具体尺寸和形状；
（2）飞边槽桥口部分的尺寸和飞边槽的位置。
（3）终锻前坯料的具体形状和尺寸。
（4）坯料本身性质的不均匀情况，主要指由于温度不均引起的各部分金属流动能力的不均匀情况。
（5）设备工作速度。
闭式模锻的必要条件：
（a）坯料体积准确
（b）坯料形状合理，且能在模膛里准确定位
（c）设备的打击能量或打击力可以控制
（d）设备上有顶出装置
4.2.2.3闭式模锻时影响金属变形的主要因素
（1）坯料体积和模膛体积的影响
坯料体积和模腔体积间的偏差会导致锻件高度尺寸偏差或设备超载。
坯料的体积变化主要源于：
直径和下料长度的公差、烧损量的变化、实际锻造温度的变化等。
模腔体积变化主要源于：
模腔磨损、弹性变形量的变化、锻模温度变化等。
（2）打击能量和模锻力的影响
（3）成形设备的影响
（a）液压机：
可以控制压力大小,使变形过程在产生飞边之前结束。
适合闭式模锻。
（b）平锻机：
一般坯料体积准确，有过载保护和自行恢复功能，适于闭式模锻。
（c）锻压机：
没有自行恢复功能，只适合于稳定的闭式模锻工艺。
不太适于闭式模锻。
（d）模锻锤：
打击力和打击能量不易准确控制，模具寿命低，没有顶出装置。
（e）螺旋压力机：
有顶出装置，适于闭式模锻。
（f）高速锤：
打击力和打击能量可准确控制，有顶出装置，适于闭式模锻。
锤上模锻的工艺特点：
（1）上模模膛较下模模膛具有更好的填充性
模锻锤靠冲击力使金属交形，可以利用金属的流动惯性充满模膛，锻件上难充满的部分应尽量放在上模。
（2）模锻锤一般不需其它设备为其制坯
锤头行程不固定，金属在各模膛中的变形是在锤头多次打击下完成的。
因此，可在锤上实现拔长、滚压等各种模锻工步。
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