第二章坯料及加热
第二章 锻造加热规范(WPS)
脱碳过程中: 炉气中的氧向钢内扩散; 钢中的碳则向外扩散。
●脱碳的结果
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: 会使零件表面的硬度和强度降低; 影响零件的使用性能。 严重时会发生锻造龟裂(网状裂纹)现 象。
⒈影响脱碳因素
⑴钢的化学成分
当钢中含碳量愈高,其脱碳层愈深; W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 弹簧钢脱碳严重。 ⑵炉气成分 炉气成分中脱碳能力最强的介质是 H2O,其次是CO2和O2 。
⒊火焰加热分类 ⑴燃油加热
⑵燃煤加热
⑶燃气加热
㈡电加热
利用电能转换为热能对金属进行 加热的方法。
⒈电加热优点
●升温快; ●炉温容易控制; ●氧化脱碳少,加热质量好; ●生产条件好,便于实现机械化和自 动化。
⒉电加热缺点
●对毛坯尺寸形状变化的适应性不够 强; ●设备结构复杂,投资费用较大。
⒊电加热分类
把热能传给坯料表面 → 由表面向中心
进行热传导→ 使整个坯料加热。
⒈火焰加热优点
●燃料来源方便; ●加热费用较低(一次能源); ●对坯料的适应性强。 广泛应用于各种大、中、小型坯 料的加热。
⒉火焰加热缺点:
●工作条件差; ●加热速度较慢; ●加热质量较难控制; ●热效率低(如许多热量都被烟气带 入大气中)。
②感应电加热优点
●加热速度快,加热质量好; ●温控准确,金属烧损较少; ●操作简单,工作稳定; ●便于实现机械化和自动化,生产条件好。
③感应电加热缺点
●设备投资费用高; ●感应器对坯料尺寸适应范围较窄; ●电能消耗较大。
第二节 钢料加热缺陷 及防止措施
钢料在加热过程中可能产生的缺陷:
管坯加热工艺技术——《热轧无缝钢管实用技术》
过轧制的管坯 ,其导热能力比铸造的好 ;经过退火 射热 全部 透过该 物体 ,则 称这 种物体 为透 过体 。实
的管坯 ,其导热能力比未经退火的好;碳素钢管坯 际上 ,在 自然 界 中 ,绝对 黑体 、绝对 白体 和绝 对 透 的导 热 能 力 比合金 钢 管 坯 的好 ;管 坯 的碳 含 量 越 过体 都是 不存 在 的。物体 对辐 射能 的吸 收 、反 射 和
热。对流传热的效果 ,一方面与流体和固体之间的 速度 有着决 定性 的意 义 。
温差有关 ,两者温差越大 ,则传热效果越好 ;另一 1.2 管坯 加热 过程
方面 ,它还与流体的种类和性质 ,流动的方式 、速
管坯加 热 时 ,燃 料燃烧 所 产生 的炉气 是炉 膛 的
STEEL PIPE Aug.2018,Vo1.47,No.4
问 ,或在不同温度 的两个物体接触时 ,通过分子 、 上 ,当物体接受热射线 时 ,与光线落到物体上 一
原子及 自由电子等微观粒子的热运动 ,将热量 由高 样 ,有 3种 可能 的情 况 :一 部分 被 吸收 ,一 部 分被 温部分传递到低温部分 的现象。坯料加热时 ,由表 反射 ,另一部分透过物体继续向前传播。若落在物
及 里的传热 、热端 向冷端 的传热等 ,都是传 导传 体上 的全部 辐 射热都 被该 物体 吸收 ,则称 这种 物体
热 。传导 传热 时 ,管 坯 的导热 能力 与管坯 的化学 成 为黑体。若落在物体上的全部辐射热都被该物体反
分 、组织结 构 和热处 理状 态有很 大关 系 。例如 ,经 射 出去,则称这种物体为 白体。若落在物体上的辐
流传热有着本质的区别 :首先 ,辐射是一切物体 固
1 管坯加热 的基本原理
第2章 坯料
第一节 坯料组成的表示方法 (p108)
•配料量表示法
•化学组成表示方法
•实验式表示法
•示性矿物组成表示法
2
1、配料量表示法: 用原料的质量百分数(或质量)来表示配方 组成的方法。最常见的表示方法。 石英 13% 长石 22% 宽城土 65% 滑石 1% 优点:具体反映了原料的名称和数量,直观,易 记。 便于生产和试验。 缺点:各地区、各厂所用原料的组成和性质不同, 无法相互对照或直接引用。
35
5)机械强度低,热稳定性差。 主要由-Ca3(PO4)2晶相和Ca-长 石晶相决定(晶相的机械强度低,线 胀系数大)。
36
4、工艺特点: 1)坯料中瘠性料含量多,需加入 一定量的粘土,以保证成型性能和 生坯的干燥强度。但用量不能太多, 否则,半透明性减弱,失去骨灰瓷 的特点。所以需加高可塑性的粘土。
42
特点:
白度高,大于80%,色调光润,
热稳定性好,机械强度高, 烧成范围窄(30 ℃ ~40℃),
一般控制在10 ℃ ~20℃
43
第三节
配料计算
1 从化学组成计算实验式: 2 由实验式计算化学组成: 3 由配料量计算实验式: 4 由化学组成计算配料量 5 由实验式计算配料量: 6 由示性矿物组成计算配料量
6
4、示性矿物组成表示法:
坯料配方组成以纯理论的粘土,石英, 长石等矿物来表示的方法。 粘土矿物 63.08%
长石矿物
石英矿物
28.62%
8.3%
优点:进行配料计算较为简便。依据:同类型 的矿物在坯料中所起的作用基本相同。(其实, 矿物种类非常多,差异很大) 缺点:反映的情况粗略。
7
第二节 坯料的类型
陶瓷工艺原理2章坯料
2.长石质瓷化学组成
• SiO2 65-75% • Al2O3 19-25%
• R2O+RO = 4~6.5%(其中R2O不小于2.5%)
(2)主要氧化物在坯(pi)料中的作 用
SiO2
• SiO2半安定方石英,残余石英,熔 融石英,莫来石存在,提高强度及 其它性能。 • 超过75%时,热稳定性变坏。
第一节 坯料类型
2.1.2 绢云母质瓷
工艺特点:
• ③ 烧成用还原焰,成瓷后色调柔和。 • 外观色调比长石质好。 • 内在性能无差异。
特点:热稳定性好,机械强度高。 应用:日用瓷,工艺瓷。
第一节 坯料类型
2.1.3 骨灰瓷(骨质瓷,磷酸盐质瓷)
以骨灰(磷酸盐),高岭土,长石,石英配料。 磷酸盐作为熔剂,本身的熔点高,但共熔后,熔 化温度大大降低。唐山地区,
• 石英在低温下主要起减粘作用,降 低坯体的收缩,利于干燥,防止变 形。 • 在高温下则参与成瓷反应、熔解在 长石玻璃中,提高粘度、一部分残 存下来,一部分转化成为方石英, 构成骨架,提高强度。
• 滑石:加入l-2%的滑石,可降低瓷化温度20-30℃, 扩大烧结范围,促进瓷体良好地莫来石化,提高 瓷的抗冲击反抗弯曲强度。如果加入量多时,由 于生成膨胀系数小的还可提高瓷的热稳定性。此 外、由于熔融滑石的乳浊作用、还可提高制品的 白度,改善外观品质。
陶瓷工艺原理
第二章 坯料
主讲人:胡晓洪
要
目
第一节坯料类型 第二节坯料组成表示法 第三节配方依据
第四节配方计算
第一节 坯料类型 一.瓷器坯料
瓷器坯料分类的依据:按熔剂的类型划分。
2.1.1 长石质瓷 2.1.2 绢云母质瓷 2.1.3 骨灰瓷 2.1.4 镁质瓷
加热、锻造工艺规程—新
钢锭规格
钢种类别
Ⅰ、Ⅱ类(冷)锭加热曲线
Ⅰ、Ⅱ类(热)锭加热曲线
锭锭
锻造温度
锻造温度
身 身最
最
直 直高
高
序 锭 径 径装
850℃
装
850℃
号重
炉 装炉
炉 装炉
冒 底 温 温度
温 温度
口 部度
升速
升速
度
升速
升速
端端
(h)
(h)
(h) (℃/h) (h) (℃/h)
(h) (℃/h) (h) (℃/h)
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
— 2.0 ≤80
5.0
17.5
18-21
7
1180 1023 700 3.0 ≤80 3.0 ≤80
6.0
850 —
— 3.0 ≤80
6.0
.5
21.5-
8
1259 1087 700 4.0 ≤80 3.0 ≤80
7.0
850 — ≤80 3.0 ≤80
7.0
25.5
26-31
9
1353 1213 600 4.0 ≤60 4.0 ≤80
如图 1
装炉方式Ⅱ:几支钢锭并排码放,中间间距不足钢锭(坯料)直径 1/2,但大于直径 1/4 时,
装炉系数为 1.2。如图 2
第二章坯料及配料
粘土矿物:0.370258.2=95.53
石英矿物: 0.0596 0.1 =3.54
∑=100.74
其百分组成为: 长石矿物:1.67/100.74100%=1.66% 粘土矿物:95.53/100.74100%=94.83% 石英矿物:3.54/100.74100%=3.51%
用相同的方法计算可得到 长石原料中含:长石矿物 96.33% 石英矿物 3.67% 石英原料中含:石英矿物 99.40%
∑= 330.34
其百分组成为:
长石矿物:86.86/330.34100%=26.3% 粘土矿物:217.92/330.34100%=66.0% 石英矿物:25.56/330.34100%=7.7%
(3)用满足法计算配料量
粘土矿物
坯料组成(%)
66.0
高岭土配料量
粘土含量
66÷94.83=69.60%
如刚玉瓷的配方:工业氧化铝95.0%、苏州高岭土2.0%、 海城滑石3.0%。
又如卫生瓷乳浊釉的配方长石33.2%、石英20.4%、苏 州高岭土3.9%、广东锆英石13.4%、氧化锌4.0%、煅烧滑石 9.4%、石灰石9.5%、碱石5.5%。
优缺点: 这种方法具体反映原料的名称和数量,便于直接进行生产
一、坯体类型 二、原料的种类及数量 三、配料计算 四、配方调整、修改
总的原则:
1.性质和使用要求; 2.满足工艺要求; 3.来源丰富、质量稳定、价格、运输成本 4.参考和借鉴其它配方
第三节、配料计算
陶瓷配料的计算方法有许多种,现仅介绍其中常用的几 种方法。
(一)由坯料实验公式计算配料量 (二)由化学组成计算配料量 (三)由分子式计算配方
一般说来,用(2)式的形式表示的坯式,Al2O3和SiO2的分子数 较多,而釉式中Al2O3和SiO2的分子数都很少。
第二章 坯料
(2)各种氧化物在瓷中的作用 ①SiO2. 瓷中的SiO2以半安定方石英、残余石英 颗粒、熔解在玻璃相中的熔融石英,以及在莫 来石晶体和玻璃态物质中的结合状态存在。SiO2 是瓷的主要成分,含量很高,直接影响瓷的性 能。但含量过高,超过75%接近80%,瓷器烧后 热稳定性变坏,易自行炸裂。
Department of Materials and Chemical Engineering
1、化学成分 它的组成与长石质瓷大体一致,其组成范围 为:(R2O+RO) 4.5%~7%,Al2O3 22%~30% , SiO2 60%~70%。
2、示性矿物组成 按照目前拥有的资料通过计算,可提出如下 的范围:绢云母 30%~50%,石英 15%~25%, 高岭土30%~50%,其它矿物5%~10%。在上述 这一组成范围内,均可成瓷。
第二章 坯料
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
坯料的类型 配料的依据 配料计算 坯料的成型性能 添加剂
Department of Materials and Chemical Engineering
普通陶瓷坯料一般都以黏土为主要原料, 故 可统称为黏土质坯料。进一步细分为长石质 瓷、绢云母质瓷、磷酸盐质瓷、镁质瓷坯料。
3. 长石质瓷的示性矿物组成与实际 配方
(1)示性矿物组成 指在能够成瓷的前提下, 理论上的长石、石英、高岭土三种矿物的配合 比例。
硬质瓷 软质瓷
我国瓷器的示性矿物组成范围一般为:长石 20%~30%,石英25%~35%,粘土物质 40%~50%,烧成温度在1250~1350 ℃,有些 南方瓷厂可达到1400 ℃。
第二章锻造用原材料及坯料准备概论
• • • • • 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。
锻坯的加热和锻件的冷却
锻坯的加热和锻件的冷却
1.1 锻坯加热的目的及锻造温度范围 1. 锻坯加热的目的
锻坯加热的目的是提高金属的塑性和降低其变形抗力, 即提高金属的可锻性。除少数具有良好塑性的金属可在常 温下锻造成形(称为冷锻)外,大多数金属在常温下的可 锻性较低。但将这些金属加热到一定温度后,可大大提高 其可锻性,并只需要施加较小的锻造力,便可使其发生较 大的塑性变形,这称为热锻。
锻坯的加热和锻件的冷却
1.3 锻件的常见加热缺陷 1. 氧化和脱碳
如果将金属坯料加热到高温,坯料表层中的铁将和炉气中的 氧化性气体(如氧气、二氧化碳、水蒸气、二氧化硫等)发生化 学反应,生成氧化皮,这种现象称为氧化。氧化造成金属烧毁, 每加热一次,烧损量约为坯料重量的2%~3%,严重的氧化会造 成锻件表面质量下降,加剧锻模磨损,降低模具的使用寿命。
锻坯的加热和锻件的冷却
感应加热是利用交流感应线圈产生交变磁场,使置 于线圈中的坯料产生涡流损耗和磁滞损耗而升温加热, 具有加热速度快、加热质量好、控温准确、易于实现自 动化等特点,但是成本高。感应器能加热的坯料尺寸小, 适合于模锻或有色金属坯料的大批量加热。接触加热是 利用大电流通过金属坯料产生的电阻热加热。这种加热 方式加热速度快、金属烧损少、热效率高,适合于模锻 坯料的大批量加热。
锻坯的加热和锻件的冷却
1. 手锻炉
手锻炉由灰坑、火沟槽、送风装置及其他辅助装置构成,其结构 简图如图1-1所示。手锻炉是以煤或焦炭作为燃料的火焰加热炉。煤由 前炉门7加入,放在炉箅4上面,而燃烧煤所用的空气则由鼓风机3经过 风管从炉箅4下面进入煤层。后炉门5一般都是与炉箅4相对的,这样不 仅便于出渣,而且也可以供加热长杆或轴类锻件时外伸之用。
锻坯的加热和锻件的冷却
钢坯加热工艺
For personal use only in study and research;not for commercial use钢坯加热工艺加热工艺制度包括加热温度、加热速度、加热时间、加热制度等。
一、 加热温度钢的加热温度是指钢料在炉内加热完毕出炉时的表面温度。
确定钢的加热温度不仅要根据钢种的性质,而且还要考虑到加工的要求,以获得最佳的塑性,最小的变形抗力,从而有利于提高轧制的产量、质量,降低能耗和设备磨损。
实际生产中加热温度主要由以下几方面来确定。
A 加热温度的上限和下限碳钢和低合金钢加热温度的选择主要是借助于铁碳平衡相图(图1-1)。
当钢处于奥氏体区其塑性最好,加热温度的理论上限应当是固相线AE(1400~1530℃),实际上由于钢中偏析及非金属夹杂物的存在,加热还不到固相线温度就可能在晶界出现熔化而后氧化,晶粒间失去塑性,形成过烧。
所以钢的加热温度上限一般低于固相线温度100~150℃。
碳钢的最高加热温度和理论过烧温度见表3-1。
加热温度的下限应高于A c3线30~50℃。
根据终轧温度再考虑到钢在出炉和加工过程中的热损失,便可确定钢的最低加热温度。
终轧温度对钢的组织和性能影响很大,终轧温度越高,晶粒集聚长大的倾向越大,奥氏体的晶粒越粗大,钢的机械性能越低。
所以终轧温度也不能太高,最好在850℃左右,不要超过900℃,也不要低于700℃。
B 加热温度与轧制工艺的关系上面讨论的仅是确定加热温度的一般原则。
实际生产中,钢的加热温度还需结合压力加工工艺的要求。
如轧制薄钢带时为满足产品厚度均匀的要求,比轧制厚钢带时的加热温度要高一些;坯料大加工道次多要求加热温度高些,反之小坯料加工道次少则要求加热温度低些等。
这些都是压力加工工艺特点决定的。
高合金钢的加热温度则必须考虑合金元素及生成碳化物的影响,要参考相图,根据塑性图、变形抗力曲线和金相组织来确定。
目前国内外有一种意见,认为应该在低温下轧制,因为低温轧制所消耗的电能,比提高加热温度所消耗的热能要少,在经济上更合理。
陶瓷工艺学
石英 ① 低温下起减粘,降低干燥收缩 的作用; ② 高温下起提高熔体粘度,构成 瓷胎骨架作用; 对于瓷坯料所用石英中SiO2>98%, Fe2O3<0.1%。
2> 其它原料的引入 ① 引入少量的滑石,可降低烧成温度, 扩大烧结范围 ② 少量引入废瓷粉,可提高坯釉结合性 微量的磷酸盐或氧化钴的引入,可降低铁 钛着色力。
瓷石的化学组成一般为:
SiO2 70%~80%、Al2O3 12%~18%、 Fe2O3 0.38%~1.36%、CaO 0.2%~1.75%、 MgO 0.06%~0.5%、K2O 1.6%~4%、 Na2O 0.09%~4.18%、H2O 1%~4%。
“残余石英颗粒”、熔解在玻璃相中的“熔融石 英”,以及在莫来石晶体的玻璃态物质中的结合 状态存在。
作用:是瓷的主要组分,含量很高,直接影响瓷
的强度及其它性能。但其含量不能过高,如果超 过75%接近80%,瓷器烧后热稳定性变坏,易出 现自行炸裂现象。(请同学们思考为什么)
②Al2O3 来源:长石和高岭土引入 瓷胎中的存在状态:是成瓷的主要组成,一
日用陶瓷—高长石质瓷
高石英质瓷
采用高石英、低熔剂(长石)和少量矿化剂 (滑石或白云石)配方组成的高级日用细瓷。 配方组成范围:石英36~41%,长石7~12%, 高岭土35~42%,粘土8~12%,白云石2%。烧 成温度1260~1320℃。高石英质瓷瓷质细腻, 器形规整,釉面光润,半透明度好,机械强 度高,耐热冲击性好。1987年,淄博生产的 高石英质瓷在南斯拉夫萨格勒布第15届国际 博览会上获发明展览金牌奖。
钠长石质瓷
钠长石质瓷,是以含钠长石37%的瓷石为主 体原料制成的一种高级日用细瓷。该瓷在研 究过程中,较好地解决了用钠长石制作高级 日用细瓷的关键 技术问题,使钠长石高温粘 度小、易变形、烧成不易控制等问题得到了 有效控制。产品具有洁白细腻、规整度高、 釉面光润、透明度好、机械强度高、耐热震 性优良等特点,各项指标达到或超过国家高 级日用细瓷标准。可用以生产成套茶餐具、 艺术陈设瓷或工业瓷。
第二章坯料及加热
由金属学所学内容知,金属在加热时将产生以下的变化: ⒈组织结构:组织转变,晶粒长大,过热、过烧 ⒉力学性能:塑性提高,变形抗力降低,残余应力消除,
但也可能产生新的内应力,过大则会引起开裂 ⒊物理性能:导热系数、导温系统、膨胀系数、密度等均
发生变化 ⒋化学变化:表层发生氧化、脱碳、吸氢等,生成氧化皮
第二节 锻前加热与锻造温度范围
一、加热目的 提高金属塑性,降低变形抗
力,即增加金属的可锻性。
使之易于流动成形并获得良 好的锻后组织和力学性能。
锻前加热是整个锻造过程中的一个重要环节,对提高 锻造生产率、保证锻件质量以降低能源消耗等都有直 接的影响。恰当地选择加热温度,就可使坯料在塑性 较好的状态下进行成形。
防止措施:
①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。②在燃料完全燃烧的条件下,避免氧气过 剩,并减少燃料的水分。③采用少无氧化加热。④采用 少装、勤装的操作方法。
(二) 金属加热过程中的脱碳
钢在高温加热时,表层中的碳与炉气中的氧化性气体
(如O2、CO2、H2O等)及某些还原性气体(如H2)发生
带锯下料具有如下特点: (1)下料毛坯的精度高 下料毛坯的尺寸精度和断面质量高:长度重复 精度一般为±0.13~0.25mm、粗糙度可达 Ra=6.3~12.5μm、端面垂直度不超过0.2mm (在切Ф95mm的棒料时),;同时其端面平整、 无弯曲、歪斜、压塌等疵病。 (2)能耗低 与其它下料方法相比,带锯下料时的能耗仅为 其它下料方法能耗的5%~6%。 (3)生产效率高 金属带锯机的切割效率可以达到190~ 260cm2/min.。 (4)材料利用率高 由于带锯机的锯缝宽1.6mm,弓形锯的锯缝 2.5mm,圆盘锯的锯缝3.0mm,因此带锯下 料时的锯缝消耗的材料少,使材料的利用率显 著提高。
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。
气瓶坯料加热工安全操作规程
气瓶坯料加热工安全操作规程1. 前言气瓶是储存高压气体的特殊设备,用于各种工业、医疗等用途。
气瓶坯料加热是气瓶制造过程中的重要环节之一,也是一个高危操作。
本文旨在规范气瓶坯料加热过程中的操作安全,确保工人生命安全和生产安全。
2. 操作流程2.1 操作前准备(1)检查加热站、设备和工具是否完好无损,固定支架是否牢固可靠;(2)查看加热站区域是否干燥、整洁,无易燃、易爆物品;(3)对着装和安全带进行检查,严禁穿戴松散衣物,同时佩戴工作手套和安全镜;(4)检查气瓶坯料表面是否无划痕、无裂纹,无任何异物,选择合适的加热方式;(5)信号灯处于红灯,确保现场人员完全撤离加热站周围,操作人员确认无人再操作现场。
2.2 加热操作(1)将气瓶坯料充分放置在加热台上,保持坯料表面平稳,整齐排列;(2)接通加热器电源,并启动加热器加热程序,按照要求设定温度、时间等参数;(3)对于气瓶坯料表面已经上漆的部分,不建议使用明火加热,建议利用电加热方法进行加热;(4)加热过程中,操作人员应时刻关注加热器显示屏上的温度、时间等参数,并随时注意气瓶坯料的变化情况;(5)当温度达到设定温度时,应及时关闭加热器电源,并且等待气瓶坯料冷却后方能移动气瓶。
2.3 操作后处理(1)操作人员必须再次检查加热站周围区域是否干燥、整洁,并且设备和工具是否放置妥当;(2)将气瓶坯料移至指定区域进行下一步操作;(3)关闭加热站的所有电源,并将加热器和其他工具逐一清洁。
3. 安全措施(1)选择合适的加热方式,防止气瓶坯料的表面因过热而燃烧;(2)严格按照操作步骤进行操作,避免人为疏忽导致安全事故的发生;(3)加热过程中,一定不要离开加热站,随时关注加热器的温度变化情况;(4)加热过程中严禁吸烟、打火机、明火等易燃物品靠近加热站;(5)加热站周围必须安装警示标志并配备灭火器材、紧急处理设备等;(6)若气瓶坯料表面出现异常情况,应及时停止加热程序,保持现场安全;(7)操作完毕后,必须清理现场并检查所有设备是否正常关闭。
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2.电加热是通过把电能转变为热能来加热金属坯料。利 用电能转变为热能来加热金属的装臵称为电炉。 优点是:加热速度快,炉温易控制,氧化脱碳少,便于实 现机械化、自动化,劳动条件好。
缺点是:对毛坯的尺寸、形状的变化适应性不强,设备结 构复杂,投资费用较大,操作使用要求高。
电加热法按其传热方式可分为
(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
态由内部向表面扩散,扩散的结果使钢的表层变成为氧 化铁。
第二节 锻前加热与锻造温度范围
一、加热目的 提高金属塑性,降低变形抗 力,即增加金属的可锻性。 使之易于流动成形并获得良 好的锻后组织和力学性能。
锻前加热是整个锻造过程中的一个重要环节,对提高 锻造生产率、保证锻件质量以降低能源消耗等都有直 接的影响。恰当地选择加热温度,就可使坯料在塑性
较好的状态下进行成形。
(a)出现裂纹
(b)裂纹扩展 剪切下料过程
(c)断裂
剪床下料 1—下刀片 2—棒料 3—压板 4—上刀片 5—定位螺杆 6—坯料
QA42-500型性能与特点: 该机床用作钢材的冷剪切方形、圆形、扁 形均可,切断强度为 45-80kg/mm 2 。直 径可达 85-132mm ,长度 1101100mm 可作单次和连续剪切。
二、加热方法
按所采用的热源不同,可分为火焰加热和电加热两大类。 1.火焰加热利用燃料燃烧产生的热能对金属坯料进行加热。 燃料有煤,焦炭,柴油,煤气,天然气 火焰加热的优点是:燃料来源方便,炉子修造简单,加热 费用较低,对坯料的适用范围广等。因此,这种加热广泛 用于各种大、中、小型坯料的加热,在锻造生产中获得广 泛应用。 缺点是:劳动条件差,加热速度慢,加热质量难以控制等。
1、剪切下料的特点
大批量的成形生产过程中,剪切下料是一种普遍采用的方法。其特点是 效率高、操作简单、断口无金属损耗、模具费用低等。 剪切下料时的受力情况如图所示,在刀片作用力影响下,坯料产生弯曲 和拉伸变形,当应力超过剪切强度时发生断裂。 这种下料方法的缺点是: (1)坯料局部被压扁; (2)端面不平整; (3)剪断面常有毛刺和裂缝。
气体(N2)组成。 炉气的性质取决于燃料燃烧时的 空气供给量。当供给空气过多时,炉气的性质为氧化 性,那么氧化严重。相反,如供给空气不足时,炉气 则呈现还原性,氧化皮很薄,甚至不产生氧化。
②加热温度 温度越高,氧化扩散速度加快,氧化过程 会加剧,结果形成的氧化皮也厚。一般,低于570~600℃ 时,氧化缓慢;超过900~950℃后,氧化急剧增加。 ③加热时间 时间越长,氧化皮越多。因此,采用快速
由于氧化皮的熔融和氧化皮与铁的膨胀系数不同,因此 在氧化物层内产生很大的内应力。会发生氧化皮的机械
分离,从而加速金属的氧化。
氧化的影响因素
主要有:炉气性质、加热温度、加热时间、化学成分。 ①炉气性质 火焰加热的炉气通常由氧化性气体(O2、
CO2、H2O、SO2),还原性气体(CO、H2)和中性
脱碳的组织特征: 脱碳层由于碳被氧化,反映在金相组织上是表层渗碳体(Fe3C) 的数量减少; 反映到化学成分上是表层的含碳量比内部明显降低。 影响钢脱碳的因素:与氧化类似 ① 炉气成分 脱碳能力最强的是H2O(汽)、其次是CO2和O2, 较弱是H2。 ② 加热温度 加热温度越高,脱碳越严重。
P—剪切力 PT—水平阻力 PQ—压板阻力 剪切下料时的受力情况
2、剪切下料过程
剪切下料过程可分为三个阶段,如图所示: (1)第一阶段:刀刃压进棒料,塑性变形区不大,由于加工硬化有作用, 刃口端首先出现裂纹; (2)第二阶段:裂纹随刀刃的深入而继续扩展; (3)第三个阶段:在刀刃的压力作用下,上下裂纹间的金属被拉断,造成 “S”形断面。 剪切端面质量与刀刃锐利程度、刃口间隙大小、支承情况及剪切速度等因素 有关。刃口圆钝时,将扩大塑性变形区,刃尖处裂纹出现较晚,结果剪切端 面不平整;刃口间隙大,坯料容易产生弯曲,结果使断面与轴线不相垂直; 刃口间隙太小,容易碰伤刀刃,若坯料支撑不利,因弯曲使上下两裂纹方向 不相平行,刃口则偏斜。剪切速度快,塑性变形区和加工硬化集中,上下两 边的裂纹方向一致,可获得平整断口;剪切速度慢时,情况相反。
(二) 金属加热过程中的脱碳 钢在高温加热时,表层中的碳与炉气中的氧化性气体 (如O2、CO2、H2O等)及某些还原性气体(如H2)发生 化学反应,生成甲烷或一氧化碳,造成钢料表层的含碳量 减少,这种现象称为脱碳。 Fe3C+H2O─→←─3Fe+CO+H2 Fe3C+CO2─→←─3Fe+2CO 2Fe3C+O2─→←─6Fe+2CO Fe3C+2H2─→←─3Fe+CH4
弓形锯下料 装有锯条的锯弓作往复运动,以锯架绕一支点摆动的方式进给,机床 结构简单,体积小,但效率较低。弓锯床锯条的运动轨迹有直线和弧 线两种。弧线运动时锯弓绕一支点摆动一小角度,每个锯齿的切入量 较大,排屑容易,效率较高。锯片厚度为2~5mm,一般用来锯切直 径为100mm以内的棒料。
其他下料方法 : 1、车削下料 2、冷折下料 3、热剁下料 4、砂轮切割 5、气割
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。
当金属加热温度过高、加热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。 钢中元素如C、Mn、S、P等会增加其过热倾向,而 Ti、W、V、N等元素可减小钢的过热倾向。
⒈ 过热的危害
过热钢的晶粒粗大,使钢的力学性能(尤 其ak)显著降低,锻造时容易开裂。 实践证明,过热对金属锻造过程影响并不 大,甚至过热得较严重的钢材,只要没有 过烧,在足够大的变形程度下,晶粒粗大 的组织一般可以消除。
带锯下料具有如下特点: (1)下料毛坯的精度高 下料毛坯的尺寸精度和断面质量高:长度重复 精度一般为±0.13~0.25mm、粗糙度可达 Ra=6.3~12.5μm、端面垂直度不超过0.2mm (在切Ф95mm的棒料时),;同时其端面平整、 无弯曲、歪斜、压塌等疵病。 (2)能耗低 与其它下料方法相比,带锯下料时的能耗仅为 其它下料方法能耗的5%~6%。 (3)生产效率高 金属带锯机的切割效率可以达到190~ 260cm2/min.。 (4)材料利用率高 由于带锯机的锯缝宽1.6mm,弓形锯的锯缝 2.5mm,圆盘锯的锯缝3.0mm,因此带锯下 料时的锯缝消耗的材料少,使材料的利用率显 著提高。
②接触电加热:是以低压大电流直接通过金属坯料,由金 属坯料自身的电阻在通电时产生的热量而加热。常采用低 电压大电流的方法。 其优点是:加热速度快、金属烧损少、加热范围不受限制、 热效率高、设备简单、操作方便、适用于长坯料的整体或
局部加热等优点。但对坯料的表面粗糙度和形状尺寸要求
严格,特别是坯料的端部要光洁、平整,下料规则。此外, 加热温度的测量和控制也比较困难。
钢的相对表面积(表面积与质量之比)愈大时,则氧化皮 愈多。
氧化皮的危害: ①造成钢材的烧损 烧损量一般为3~5%。(与火次有关, 一次为1.5~3.0%) ②模锻时氧化皮压入锻件内 降低表面质量和尺寸精度。 ③氧化皮质脆而硬,加剧模具磨损。 ④氧化皮在炉底烧结成块,降低炉衬寿命。 因此要采取措施减少或消除金属的氧化烧损。 防止措施: ①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。②在燃料完全燃烧的条件下,避免氧气过 剩,并减少燃料的水分。③采用少无氧化加热。④采用 少装、勤装的操作方法。
由金属学所学内容知,金属在加热时将产生以下的变化: ⒈组织结构:组织转变,晶粒长大,过热、过烧 ⒉力学性能:塑性提高,变形抗力降低,残余应力消除, 但也可能产生新的内应力,过大则会引起开裂 ⒊物理性能:导热系数、导温系统、膨胀系数、密度等均 发生变化 ⒋化学变化:表层发生氧化、脱碳、吸氢等,生成氧化皮 与脱碳层
加热如电加热,缩短加热时间,尤其是在高温下的停留
时间,对减少氧化皮的产生具有很大的实际意义。
(以上三者是外因)
④化学成分(内因) 当钢中含碳量大于0.3%时,随着钢中含 碳量的增多,生成的氧化皮将减少。这是因为含碳量高时, 钢表面氧化过程中生成了CO,可削弱氧化性对钢表面的 作用。还有一些金属元素,如Cr、Ni、Al、Mo等,它们在 金属表面形成了牢固紧密的薄膜,膨胀系数和钢几乎一致, 加热过程中不易脱落,阻止了氧向内部扩散,因此能防止 钢表面继续氧化,薄膜起保护作用,特别是钢中含Cr及Ni 的量大于13%~20%时,几乎不产生氧化。
金属塑性成形工艺及设备
第二章 锻造用坯料及加热
第一节 锻造用坯料及下料 第二节 锻前加热与锻造温度范围 第三节 锻造加热规范 第四节 锻后冷却及热处理
第一节 锻造用坯料及下料
锻造用坯料一般为棒、板、管状的黑色金属、有色金 属和贵金属。 圆柱体毛坯要考虑高径比H/d,当高径比H/d≥2时,要 预制坯,防止在成形过程中弯曲失稳,或产生弯曲, 形成折叠;H/d较小时,可采用板料下料。 薄板毛坯采用普通冲裁落料或精密冲裁下料
电阻加热 (电阻炉加热、 接触电加热、盐浴炉加热) 感应电加热