锻造工艺学2

，含有大量杂质，必须将缩孔与冒口一起切除。
疏松集中在中心部位，降低组织的致密度，破坏
了金属的连续性，锻造时用大变形才能消除。
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⑸溅疤
当采用上注法浇注时，钢液将冲击钢锭模
底而飞溅至模壁上，溅珠和钢锭不能凝为一体，在 钢锭表面形成溅疤。锻前应铲除，否则会在锻件上 形成夹层。
一般来说，钢锭越大，产生上述缺陷 的可能性就越大，缺陷性质就越严重。
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其它材料的下料工作，一般都在锻造车间的下料工段 进行。 常用的下料方法有：剪切、冷折、锯切、车削、砂轮 切割、剁断及特殊精密下料等。 各种下料方法都有其特点，它们的毛坯质量、材料 利用率、加工效率等往往有很大不同。选用何种方法 ，应视材料性质、尺寸大小、批量和对下料质量的要 求而定。
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2、材料内部缺陷：
⑹碳化物偏析 在高碳合金钢中易产生。原因是碳化 物在开坯和轧制时未被打碎和不均匀分布造成的。碳化 物偏析容易引起锻件开裂等。消除碳化物偏析，其最有 效的办法是采用反复镦—拔工艺，彻底打碎碳化物并均 匀分布。 ⑺非金属夹杂 夹杂物被轧成带状，破坏金属的连续性 ，严重时，会引起锻件开裂。
⑶气体 常见的残存气体是氧、氮、氢等。氢是钢中危害 最大的气体。 对于白点敏感钢，当氢含量达到一定数值后，冷却时易产 生白点缺陷。氢含量高还会引起氢脆现象，钢的塑性显著 下降。只要气泡不是敞开的或气泡内壁没有被氧化，通过 锻造可以焊合，但皮下气泡常常容易引起裂纹。
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⑷缩孔和疏松
缩孔在冒口区，由于冷却时钢液补充不足而形成
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3. 剪切下料可分为两种： ①专用剪床下料，即在专用剪床上进行； ②其它设备上剪切下料，即在压力机、 液压 机或锻锤上用剪切模具进行下料。
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4. 质量问题：坯料局部被压扁、端面不平整、剪断
面常有毛刺和裂缝。
5. 剪床上的剪切装置 棒料2送进剪床后，用压板3
固紧，下料长度L0由可调螺杆5定位，在上刀片4和 下刀片1的作用下将毛坯6剪断。
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⑵夹杂 分为内在夹杂和外来夹杂
内在夹杂指冶炼时产生的氧化物、硫化物、硅
酸盐等非金属夹杂，外来夹杂是耐火材质、炉渣
碎粒等。它破坏金属的连续性，夹杂处产生应力 集中，引发显微裂纹，成为疲劳源，低熔点夹杂 在晶界上分布易引起热脆现象。可见夹杂降低铸 锭的锻造性能和锻后的力学性能。
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Seite 11外原因在其表面划出伤痕，深度达 0.2~0.5mm，会影响锻件的质量 ⑵折迭 已氧化的表层金属被压入金属内部而形成折迭， 折缝内有氧化物而不能锻合。在折迭处易产生应力集中，影 响锻件质量。 ⑶发裂 钢锭皮下气泡被轧扁、拉长、破裂形成发状裂纹 ，深度约为0.5~1.5mm。在高碳钢和合金钢中易产生此缺陷
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例：截面大或者直径大于120mm 的中碳钢，应进
行预热剪切；高碳钢和合金钢应按化学成分和尺
寸大小确定预热温度，在400~700℃范围内选定。 但剪切较软材料时预热温度不宜过高，利用蓝脆 现象（钢材为250~350℃），可提高剪切质量，获 得光滑的断面。
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7. 剪切力按下式计算：
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例：电火花切割 其工作原理为：直流电机通过电阻R和电容C，使毛 坯接正极，锯片接负极，在电解液（如煤油）中切 割，产生电火花的脉冲电流强度很大，达到数百或 数千安培；脉冲功率达到数万瓦。而切割处的接触 面积又很小，因而电流密度可能高达数十万A/mm2 。因此， 毛坯上局部温度很高，约为10000℃，促 使金属熔化实现下料目的。
要用于锯切直径在350mm以内的棒料。
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弓形锯：是一种往复锯床，由弓臂及可以获得往 复运动的连杆机构等组成。锯片厚度为2~5mm ，一般用来锯切直径为100mm以内的棒料。
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三、砂轮片切割法
适用于切割小截面棒料、管料和异形截面材料 ，以及其它下料方法难于切割的金属 ，如高温合 金GH33、GH37等。优点是设备简单，操作方便 ， 下料长度准确，端面质量较好，生产率高于锯 片下料而低于剪切和冷折下料，但砂轮片耗量大 ，且易崩碎，噪声大。
除15％～20％。
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四、大型钢锭的主要缺陷 钢锭的常见缺陷有：偏析、夹杂、气 体、气泡、缩孔、疏松、裂纹和溅疤。
这些缺陷的形成与冶炼、浇注和结晶过 程紧密相关，并且不可避免。
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⑴偏析 包括枝晶偏析（指钢锭在晶体范围内化学
成分的不均匀性）和区域偏析（钢锭在宏观范围 内的不均匀性） 造成力学性能不均匀和裂纹缺陷。枝晶偏析现 象可以通过锻造、再结晶、高温扩散和锻后热处 理得到消除。区域偏析只有通过反复镦—拔变形工 艺才能使其化学成分趋于均匀化。
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⑷结疤 浇注时，钢液飞溅而凝固在钢锭表面，轧制过程中
被轧成薄膜而附于轧材表面，其深度约为1.5mm。 ⑸粗晶环 铝合金、镁合金挤压棒材，在其圆断面的外层 区域，常出现粗大晶粒，称为粗晶环。主要原因为挤压时金
属与挤压筒间摩擦太大而形成的死区。锻造时易开裂，或留
在锻件表层降低锻件性能。因此，锻前应将粗晶环切除。
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⑻白点
隐藏在锻坯内部，在纵向断口上呈圆形或椭圆形
的银白色斑点，在横向断口上呈细小裂纹，显著降低钢的
韧性。白点的大小不一，长度为1~20mm不等或更长。其 原因是钢中氢含量太高和各种内应力共同作用下产生的。 当钢中氢含量较多和热加工后冷却太快时容易产生白点。 存在白点的金属必须切除，不能再使用。
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四、折断法（又叫冷折法） 其工作原理：先在待折断处开一小缺口，在压
力F作用下，在缺口处产生应力集中使坯料折断。
原因是当毛坯内的平均应力达到屈服极限时，缺口 处的局部应力早已超过强度极限，所以毛坯来不及 塑性变形就已断裂。
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五、气割法
其它下料方法还有摩擦锯切割、电机械 锯割、阳极机械切割法、电火花切割法 、精密下料方法等，可查阅有关资料。
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一、剪切法
1. 剪切下料的特点：生产率高、操作简单，断口
无金属损耗、工具简单，模具费用低等；但端面
质量较冲床下料和切削加工方法下料差。适用于
成批大量生产，被普遍采用。
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2. 剪切过程 是通过上下两刀片作用给坯料以一定压 力F，在坯料内产生弯曲和拉伸变形，当应力超过材料 的剪切强度时发生断裂。 剪切三阶段：一、刀刃压进棒料，塑性变形区不大 ， 由于加工硬化的作用，刃口端处首先出现裂纹；二 、裂纹随刀刃的深入而继续扩展；三、在刀刃的压力 作用下，上下两裂纹间的金属被拉断，造成S形断面。
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总之
表面缺陷，锻前应去除，以免影响锻件质量。 内部缺陷，严重时不应投入生产。
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§2-2 下料方法
在加热和锻造之前，将原材料切成所需
长度或所需几何尺寸的工序，称为下料。
大铸锭下料属于自由锻的任务，通常用自由锻
方法进行开坯，然后将锭料两端切除，并按一定尺
寸将坯料分割开来。
第二章 锻造用原材料及下料方法
材料科学与工程学院
§2-1 锻造用原材料
一、分类 锻造用原材料的分类：钢锭和型材 C％低于0.25%——低碳钢
C％在0.25%～0.6%——中碳钢
C％大于0.6%——高碳钢
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二、冶炼 1、冶炼的任务：化学成分，金属液体的 纯净度，减少夹杂和气体的含量。
2、主要方法：碱性平炉、酸性平炉、碱 性电炉、双联法、真空冶炼法、电渣重 熔法等。
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常用的下料锯床有圆盘锯、带锯和弓形锯等。 圆盘锯：的锯片厚度一般为3~8mm，锯屑损耗较大 。且锯切速度较低，圆周速度约为0.5~1.0m/s。比普 通切削加工速度低，故生产率较低。锯切直径可达 750mm。
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带锯：有立式、卧式、可倾立式等。其生产率是
普通圆锯床的1.5~2倍，切口损耗为2~2.2mm，主
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6. 冷剪切和热剪切：按剪切时坯料温度不同分为冷切
和热切。
冷剪切的生产率高，但所需剪切力较大。钢中碳含量 或合金含量较多时，强度高且塑性差，冷剪切时钢中 产生很大的应力而在切口出现裂纹或崩碎，这时，应 采用热剪切法下料。采用冷剪切或热剪切下料应根据
坯料横断面尺寸大小和化学成分而定。
F=KτA
式中 F—计算的剪切力；
A—剪切断面积(mm2)；
τ—材料剪切抗力(MPa)，剪切强度比同温度下的强度极 限小一些， 一般为：τ剪=(0.7~0.8)σb。 K— 考 虑 到 刃 口 磨 钝 和 间 隙 Δ 变 化 的 系 数 ， 一 般 为 K=1.0~1.2。
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二、锯切法
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三、钢锭的内部结构
钢锭是由冒口 、锭 身 和底部组成。 钢锭表 层为细小等轴结晶区 ， 向里为柱状结晶区 ， 枝状结晶区 ，心 部 为粗大等轴结晶区。
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由金属学所学内容知，钢锭的内部缺陷主要集中在
冒口、底部和中心部分。其中冒口和底部作为废料
应予切除。但冒口有补缩和容纳夹杂物、气体以纯 净锭身的作用，因此应占钢锭的一定比例。冒口切
锯切能切断横断面较大的坯料，虽然生产率较 低，锯口损耗大，但因为下料精确，切口平整，特 别用在精锻工艺上，仍不失为一种主要的的下料手 段。 对于端面质量、长度精度要求高的钢材下料， 也采用锯切下料。所以，锯床下料使用仍较普遍。 金属可以在热态下或冷态下锯切。锻造生产中大都 采用冷态锯切，只有轧钢厂才采用热态锯切。