第二章锻前加热

1）氧化层结构 氧化层有三层结构。 发生化学反应
氧化层结构
炉气性质 氧化性炉气，易氧化。如含有O2、 CO2、H2O、SO2炉气。 加热温度 加热温度越高，氧化越剧烈。650 ℃以下氧化皮很薄，600～700 ℃显 2）影响氧化的因素 化，850℃以上急剧氧化。
加热时间 时间越长，氧化程度越大。
钢的种类 含有Cr、Ni、Al、Si、Mo元素 钢氧化程度小。
第二章锻前加热
本章内容：1.锻前加热的目的和方法 2.金属及合金加热过程组织和性能的变化 3. 金属及合金锻造加热规范的制定
2－ 1
锻前加热的目的和方法
提高金属或合金的塑性。 1.加热的目的 降低变形抗力，有利于变形。 获得良好的锻造组织和力学性能。 燃料（火焰）加热 2.加热方法 电加热
1）燃料加热
是指开始锻造（始锻温度）和结束锻造温度（终锻温度）之间 的一段温度范围。始锻温度一般低于固相线温度100～200℃。 始锻温度过高，氧化、脱碳严重。 始锻温度 始锻温度过低，变形抗力大，锻造成形困难。 碳钢始锻温度：T锻＝T固－（150～250 ℃) 终锻温度过高，晶粒长大，组织粗化、力学性能下降。 终锻温度 终锻温度过低，加工硬化及其变形抗力大，容易锻裂。 碳钢终锻温度：T锻＝T再+（50～100 ℃)
2)电加热
是利用电能转换为热能对坯进行加热的一种方法。
电加热特点
加热速度块，炉温精确控制，劳动条件好，工 件氧化少，容易动化控制，设备价格高，耗电 量大。
电阻加热 感应加热。
电加热种类
电阻炉加热 电热体发热，热辐射加热 坯料
发热体：Ni－Cr丝、Fe －Cr－Al丝、碳硅棒
接触感应加热
利用坯料本身 电阻发热加热 坯料
Ⅰ组冷锭 热锭
Ⅱ组冷锭
Ⅲ组冷锭
实践总结的钢锭加热装炉温度和保温时间
2.加热速度 加热速度：是指加热时温度升高的快慢程度。存在允许最大加热 速度。最大允许加热速度可按下式计算：
导温系数越大，强度极限 越高，断面尺寸越小，允 许及其热速度越大 温度头：为了减少氧化、脱碳等缺陷，缩短加热时间，生产上常用 提高温度的办法提高加热速度，炉温高出始锻温度的数值叫温度头.
常见的加热规范：一段、二段、三段、四段和五段等。
小件，导热性好
中小件，导热性好
大、中件，导热性好
大中件，导热性差
大件，导热性差
1.装炉时炉温 可按断面最大允许温差[△t ]来确定装炉温度.
百度文库
允许装炉温度和最 大允许温差关系
钢按塑性和导热性高低分类
钢材料按塑性和导热性高低分类，根据实际经验的装 炉温度如下图：
盐浴加热
利用盐液导电产生 大量的电阻热，通 过对流和热传导加 热坯料
感应加热 利用产生的磁场， 坯料内部产生电势 形成电流，坯料电 阻产生热加热坯料
各种加热方法的应用范围
加热注意事项：
避免加热时间过长及其严重氧化。防止被加热体过热及其过烧。
加热时脱碳层小于加工余量。 大的模锻件不宜采用火焰炉和电阻炉，多火锻造不能用感应加热。
钢种 低、中碳和低合金钢 装炉温度 ≤1250 时间h/100mm 0.6～0.77
高碳钢、合金结构钢
≤1150
1
1.2～1.4
碳素、合金工具钢，高合金钢 ≤900
钢锭加热时间
加热到锻造温度的时间
加热及在锻造温 度下保温的时间
钢锭加热时间
考虑装 炉量，单个 坯料加热时 间τ碳的修订。
直径小于200mm 加热时间确定
2－2 金属及合金加热过程组织和性能的变化
(１)组织结构方面 组织变化 晶粒长大 塑性提高 应力消除
(２)力学性能方面 金属加热时材
强度降低 导热系数
(3)物理性能方面
料产生的变化
导温系数
膨胀系数 颜色发生 氧化
发生变化
(4)化学性能方面，产生 脱碳 吸氢
化学反应
一.金属加热过程氧化与脱碳
1.氧化 金属与氧或氧化性气体发生的化学反应。
金属的少无氧化加热
小坯料和形状简单锻件。快速辐射和对流加热、感应 及其接触电加热。 二、保护加热 主要有气体保护加热、液体保护加热、固体涂层保护 加热等。 三、少无火焰加热
控制炉气气氛，利用燃烧不完全所产生中性气氛或还 原气氛中加热。如ＣＯ和Ｈ２气氛中加热。
本章结束
固体（煤、焦炭）
燃料加热是利用
燃烧时产生的热 液体（重油、煤油、柴油等） 量对坯料进行加 热的方法。 气体（煤气、天然气） 炉底的热传导
燃烧的火焰通过
炉围辐射
炉气的对流 炉子投资少．
加热坯料，650℃以下主要以 对流形式，650℃ 以上主要以热辐射 的形式。
燃料加热特点
加热费用低．
加热劳动条件差．
炉内气氛和加热质量控制难度大。
2.组织应力 相变前后因比容发生变化产生的内应力。
铁素体比容：0.1271cm3/g
奥氏体比容：0.121＋0.0033C％cm3/g
加热表面铁素体先发生奥氏体转变， 体积减少，形成拉应力。
心部后发生奥氏体转变，体积缩小， 形成拉应力。
加热时组织应力沿断面变化
2－3 金属锻造温度范围的确定
1.金属锻造温度范围
2)制定加热工艺考虑的因素 根据坯料断面尺寸、坯料的化学成分、 坯料的力学性能和物理参数，查阅相关手册确定。 举例： 1. 19.5t20MnMo冷钢锭加热 2. 19.5t20MnMo冷钢锭加热试验曲线
19.5t20MnMo冷钢锭加热规范
19.5t20MnMo冷钢锭加热与试验曲线
２ -５
一、快速加热
高的塑性。
低的变形抗力。
2.确定原则
良好的组织和力 学性能。 生产效率高 便于锻造操作。
3.确定方法： 合金相图 根据锻造材料的
塑性图
抗力图
确定锻造温度范围。
再结晶图

合金相图
合金塑性图
合金抗力图
晶粒粗大
再结晶图
临界变形量
常见钢种的锻造温度范围
2－4 金属的加热规范
加热规范：是指坯料从装炉开始到加热完了整个过程，对炉子温度 和坯料温度随时间变化的规定。加热过程包括预热、加热、均热等。
最小保温时间与温度头和表面加热时间百分数的关系
最大保温时间 不产生过热的最长保温时间。
钢锭加热的最大保温时间
均热保温时间的确定 查阅相关手册，如高温合金预热均热(750~800 ℃)保温时间为 0.6～0.8min/mm ,始锻温度下保温时间0.4～0.8min/mm 计算。
4.加热时间
1)加热时间 坯料从开始加热到出炉所需的时间。包括所有阶段 的加热时间和保温时间。
好的材料，坯料内的瞬
时温差小。
导热系数随温度变化
导温系数随温度变化
2影响因素
主要与材料化学成分、温度和组织状态有关，金 属的导温性用导温系数表示为：
四、加热时内应力及其裂纹
1.温度应力 由于温度不均匀（温差）产生的应力。
心部温度低，膨胀小，产生拉应力。
表面温度高，膨胀大，产生压应 力。
加热时应力沿断面的变化
加热时钢的烧损情况如下表
加热温度与氧化量的关系图
加热时间与氧化量的关系图
2.脱碳
加热时某些钢及其合金，其表面的碳和炉气中的某些气体 发生化 学反应，使坯料表面碳量降低的现象。
1）脱碳反应及其脱碳层结构
脱碳反应：
2）影响脱碳层深度因素
炉气成分：氧化性气氛利于脱碳．
加热时间、加热温度：时间越长，温度越高利于脱碳．
常用材料的过热温度
2.过烧 加热温度接近于金属的熔化温度，并在该温度保温时间较 长产生晶粒过分长大和晶界局部溶化的现象。 1）组织特征 晶粒粗大；晶界溶化； 氧化；脱碳；裂纹。 2）修正 严格执行加热规范，防止跑温。一旦过烧，不能修正， 一般报废。
常见钢种过烧温度
三、加热过程导温、导热系数变化
1.导温性及其导热性 导温性和导热性是 指加热或冷却时温度和 热量在金属内部的传播 能力。导温性和导热性
坯料成分：Cr、Mn元素钢阻止脱碳，Al、Si、Mo、Co、 W促进脱碳。
二、金属加热过程过热与过烧 1.过热 坯料加热时，加热温度过高、时间较长而引起的晶粒过分 长大的现象。
1）过热组织：组织粗大，出现W组织，金属材料塑性降低，力学 性能下降。
2）过热组织修正 采用正火、退火处理的方法可以纠正过热缺陷。
有色合金加热时间
铝及镁合金：1.5～2min/mm； 铜合金：0.75～1min/mm ； 钛合金：0.5～1min/mm 钢材加热时间
τ＝α· D（h）
D：坯料直径或厚度（m）；
α：碳素结构钢：0.1～0.15； 合金结构钢：0.15～0.20，
工具钢和高合金钢：0.3～0.4。
直径大于200mm按下表确定。
温度头、加热时间和坯料断面温差关系
3.均热保温时间 为了减小坯料断面的温差，减少温度应力，增加变形的均匀性， 需要在一定温度进行均热保温。规定的保温时间有最大保温时间 和最小保温时间。 最小保温时间 坯料断面达到规定的均匀程度所需的保温时间。 如碳素钢和低合金钢要求温差小于100 ℃ ，高合金钢小于40℃