第11章 锻造 (2010 总10、11)

本教材主要介绍： 本教材主要介绍：
锻前加热、自由锻及模锻工艺的基本内容， 锻前加热、自由锻及模锻工艺的基本内容，并简单介绍了精密 模锻及其他特种锻造技术的原理及其应用情况。 模锻及其他特种锻造技术的原理及其应用情况。
11.1 锻造的加热规范 11.1.1 锻前加热
1.锻前加热的目的及分类 锻前加热的目的及分类 在热锻和温锻工艺中，首先要对毛坯进行锻前加热， 在热锻和温锻工艺中，首先要对毛坯进行锻前加热，目的是提高金属塑 性、降低变形抗力，并获得良好的锻后组织。金属锻前加热的方法按采 降低变形抗力，并获得良好的锻后组织。 用的热源不同，分为火焰加热和电加热两大类。 用的热源不同，分为火焰加热和电加热两大类。 1)火焰加热 火焰加热 火焰加热主要通过加热炉内的煤、焦炭、煤气、 火焰加热主要通过加热炉内的煤、焦炭、煤气、重油和柴油等燃料在燃 烧过程中产生具有的高温火焰和气体，以对流、 烧过程中产生具有的高温火焰和气体，以对流、辐射的方式将热能传给 毛坯表面，再由表面向中心热传导而使金属毛坯加热。 毛坯表面，再由表面向中心热传导而使金属毛坯加热。当炉内温度低于 600~700℃时，毛坯加热主要靠对流加热。当温度超过700~800℃时，毛 ℃ 毛坯加热主要靠对流加热。当温度超过 ℃ 坯加热则以辐射传热为主。加热炉在高温加热时，辐射传热占 以上， 坯加热则以辐射传热为主。加热炉在高温加热时，辐射传热占90%以上， 以上 对流传热占8%~10%。 。 对流传热占
本教材主要介绍：锻前加热、自由锻及模锻工艺的基本内容， 本教材主要介绍：锻前加热、自由锻及模锻工艺的基本内容，并简
单介绍了精密模锻及其他特种锻造技术的原理及其应用情况。 单介绍了精密模锻及其他特种锻造技术的原理及其应用情况。
锻造用料：主要是各种成分的碳素钢 合金钢，其次是铝、 碳素钢和 锻造用料：主要是各种成分的碳素钢和合金钢，其次是铝、镁、铜、钛
自由锻工艺
模锻工艺
精密模锻及 其他特种锻 造技术
概述： 概述：
锻造是金属塑性加工的重要方法之一，锻造的主要目的是成形和改性（ 锻造是金属塑性加工的重要方法之一，锻造的主要目的是成形和改性（机 主要目的是成形和改性 械性能和内部组织的的改善），其中后者是其他工艺方法难以实现的。 械性能和内部组织的的改善），其中后者是其他工艺方法难以实现的。 ），其中后者是其他工艺方法难以实现的 由于锻件保存了完整的金属流线， 由于锻件保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸 件。机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制 机械中负载高、工作条件严峻的重要零件， 的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。 的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。 锻件
等及其合金。 等及其合金。 材料的原始状态：有棒料、铸锭、金属粉末和液态金属。 材料的原始状态：有棒料、铸锭、金属粉末和液态金属。 一般的中小型锻件都用圆形或方形棒料作为坯料。 一般的中小型锻件都用圆形或方形棒料作为坯料。棒料的晶粒组织和机械 都用圆形或方形棒料作为坯料 性能均匀、良好，形状和尺寸准确，表面质量好，便于组织批量生产。 性能均匀、良好，形状和尺寸准确，表面质量好，便于组织批量生产。只 要合理控制加热温度和变形条件，不需要大的锻造变形就能锻出性能优良 要合理控制加热温度和变形条件， 的锻件。 的锻件。 铸锭仅用于大型锻件。铸锭是铸态组织，有较大的柱状晶和疏松的中心。 铸锭仅用于大型锻件。铸锭是铸态组织，有较大的柱状晶和疏松的中心。 仅用于大型锻件 因此必须通过大的塑性变形，将柱状晶破碎为细晶粒，将疏松压实， 因此必须通过大的塑性变形，将柱状晶破碎为细晶粒，将疏松压实，才能 获得优良的金属组织和机械性能。 获得优良的金属组织和机械性能。
主要优点： 主要优点：
铸造组织中的疏松、 （1）通过锻造能使铸造组织中的疏松、气孔压实，把粗大的铸造组织 ）通过锻造能使铸造组织中的疏松 气孔压实， （树枝状晶粒）击碎成细小的晶粒，并形成纤维组织。当纤维组织沿着零 树枝状晶粒）击碎成细小的晶粒，并形成纤维组织。 件轮廓合理地分布时，能提高零件的机械性能， 件轮廓合理地分布时，能提高零件的机械性能，因而锻造制成的零件强度 高，可承受更大的冲击载荷。 可承受更大的冲击载荷。 （2）在承受同样大小冲击载荷的情况下，锻制零件尺寸可以减小，节省 ）在承受同样大小冲击载荷的情况下，锻制零件尺寸可以减小， 金属。另外锻造生产还具有利用率高、生产效率高、灵活性大等优点。 金属。另外锻造生产还具有利用率高、生产效率高、灵活性大等优点。 利用率高
锻造工艺的分类： 锻造工艺的分类：
锻造工艺的分类大体上有两种方法：一种是按成形温度划分； 锻造工艺的分类大体上有两种方法：一种是按成形温度划分；一种是按所 用设备和工具划分。 用设备和工具划分。 （1）按金属变形时的温度来分，锻造分为热锻、温锻和冷锻三种。 ）按金属变形时的温度来分，锻造分为热锻、温锻和冷锻三种。 热锻—锻造温度高于坯料金属的再结晶温度；温锻 热锻 锻造温度高于坯料金属的再结晶温度；温锻— 锻造温度低于金属的 锻造温度高于坯料金属的再结晶温度 再结晶温度；冷锻 再结晶温度；冷锻— 常温 钢的再结晶温度约为460℃，但普遍采用800℃作为划分线，高于 ℃ 但普遍采用 钢的再结晶温度约为 ℃作为划分线，高于800℃的 ℃ 是热锻； 是热锻；在300～800℃之间称为温锻或半热锻。 ～ ℃之间称为温锻或半热锻。 自由锻造、 （2）如果根据金属变形所采用的设备和工具，锻造可以分为自由锻造、模 ）如果根据金属变形所采用的设备和工具，锻造可以分为自由锻造 型锻造和特种锻造等。 型锻造和特种锻造等。
材料成形工艺及控制 第三篇 塑性成形技术及工艺
第11章 金属锻造工艺 章 （塑性部分10-11节）
郑州大学 2010年 2010年5月6日
第11章 锻造工艺
知识要点
锻造的加热 规范
掌握程度
相关知识
了解锻前加热的方法、特点、 锻前加热， 了解锻前加热的方法、特点、缺陷及防 锻前加热，少无氧化加热技 治措施， 锻件加热时的缺陷， 治措施，熟悉锻造温度范围确定的原则 术，锻件加热时的缺陷，锻 及方法，了解坯料加热规范制定的原则。 及方法，了解坯料加热规范制定的原则。造温度范围的确定 了解自由锻工艺的特点和工序分类， 自由锻特点，自由锻工序， 了解自由锻工艺的特点和工序分类，熟 自由锻特点，自由锻工序， 悉自由锻各工序的作用、变形特点、 镦粗工序，拔长工序， 悉自由锻各工序的作用、变形特点、成 镦粗工序，拔长工序，内部 形缺陷及应对措施。 横向裂纹， 形缺陷及应对措施。 横向裂纹，内部纵向裂纹 了解模锻成形的工艺特点及锻模的结构 模锻特点，锻模结构， 模锻特点，锻模结构，开式 及分类， 及分类，熟悉开始模锻和闭式模锻成形 模锻， 模锻，闭式模锻 过程及金属流动特点。 过程及金属流动特点。 了解精密模锻及其他特种锻造技术的特 精密锻造，冷锻技术， 精密锻造，冷锻技术，冷镦 点及应用， 点及应用，了解精密模锻等技术在零件 技术，压印加工， 技术，压印加工，旋转锻造 近终及近净成形制造的应用现状。 近终及近净成形制造的应用现状。
பைடு நூலகம்
盐浴炉介绍： 盐浴炉介绍： 用熔融盐液作为加热介质、将工件浸入盐液内加热的工业炉。 用熔融盐液作为加热介质、将工件浸入盐液内加热的工业炉。根据炉子 的工作温度，通常选用氯化钠、氯化钾、氯化钡、氰化钠、氰化钾、 的工作温度，通常选用氯化钠、氯化钾、氯化钡、氰化钠、氰化钾、硝 酸钠、硝酸钾等盐类作为加热介质。 酸钠、硝酸钾等盐类作为加热介质。 盐浴炉的加热速度快，温度均匀。工件始终处于盐液内加热， 盐浴炉的加热速度快，温度均匀。工件始终处于盐液内加热，工件出炉 时表面又附有一层盐膜，所以能防止工件表面氧化和脱碳。 时表面又附有一层盐膜，所以能防止工件表面氧化和脱碳。 盐浴炉可用于碳钢、合金钢、工具钢、模具钢和铝合金等的淬火、退火、 盐浴炉可用于碳钢、合金钢、工具钢、模具钢和铝合金等的淬火、退火、 回火、 氰化、 时效等热处理加热 也可用于钢材精密锻造时少氧化加 热处理加热， 回火、 氰化、 时效等热处理加热，也可用于钢材精密锻造时少氧化加 热。 盐浴炉加热介质的蒸气对人体有害，使用时必须通风。 盐浴炉加热介质的蒸气对人体有害，使用时必须通风。 盐浴炉分内热式和外热式两大类。 盐浴炉分内热式和外热式两大类。内热式盐浴炉又分为电极盐浴炉和电 热元件盐浴炉两种。 热元件盐浴炉两种。
经压制和烧结成的粉末冶金预制坯， 经压制和烧结成的粉末冶金预制坯，在热态下经无飞边模锻可制成粉末锻 粉末冶金预制坯 件。锻件粉末接近于一般模锻件的密度，具有良好的机械性能，并且精度 锻件粉末接近于一般模锻件的密度，具有良好的机械性能， 高，可减少后续的切削加工。粉末锻件内部组织均匀，没有偏析，可用于 可减少后续的切削加工。粉末锻件内部组织均匀，没有偏析， 制造小型齿轮等工件。但粉末的价格远高于一般棒材的价格， 制造小型齿轮等工件。但粉末的价格远高于一般棒材的价格，在生产中的 应用受到一定限制。 应用受到一定限制。 对浇注在模膛的液态金属施加静压力，使其在压力作用下凝固、结晶、 对浇注在模膛的液态金属施加静压力，使其在压力作用下凝固、结晶、流 液态金属施加静压力 动、塑性变形和成形，就可获得所需形状和性能的模锻件。液态金属模锻 塑性变形和成形，就可获得所需形状和性能的模锻件。 是介于压铸和模锻间的成形方法，特别适用于一般模锻难于成形的复杂薄 是介于压铸和模锻间的成形方法， 压铸 的成形方法 壁件。 壁件。
火焰加热作为一种传统的毛坯加热方法有很多优点，例如燃料来源方便、 火焰加热作为一种传统的毛坯加热方法有很多优点，例如燃料来源方便、 炉子制造简单、加热费用较低、对毛坯的适应范围广，适用于大、 炉子制造简单、加热费用较低、对毛坯的适应范围广，适用于大、中、 小型坯料的加热。 小型坯料的加热。 缺点是： 缺点是： ①加热速度慢，效率低，不适合大批量生产； 加热速度慢，效率低，不适合大批量生产； ②加热质量难以控制，许多加热工艺和规范是由生产经验来确定的； 加热质量难以控制，许多加热工艺和规范是由生产经验来确定的； ③劳动条件差，对环境有污染。 劳动条件差，对环境有污染。 2)电加热 电加热 电加热是将电能转为热能来加热金属毛坯，具体的方法有感应电加热、 电加热是将电能转为热能来加热金属毛坯，具体的方法有感应电加热、 感应电加热 接触电加热、电阻炉加热和盐浴炉加热。 接触电加热、电阻炉加热和盐浴炉加热。 感应电加热就是将金属毛坯放入感应圈内， 感应电加热就是将金属毛坯放入感应圈内，通过感应圈内的交变电流产 生的交变磁场，在金属内部产生交变涡流（集肤效应），依靠毛坯的阻 生的交变磁场，在金属内部产生交变涡流（集肤效应），依靠毛坯的阻 ）， 抗使电能转变为热能，从而加热毛坯。 抗使电能转变为热能，从而加热毛坯。