锻造工艺学3

Seite 30
⒈ 过烧的危害 钢断面呈浅灰兰色，无金属光泽；表面粗 糙；晶粒粗大类似豆腐渣状；一锻即裂。
严重过烧的钢，只能报废回炉重新冶炼。
局部过烧的钢，当制造不太重要的零件时，可以将过烧部 分切去，其余部分还可使用。 ⒉ 防止措施 严格控制加热温度，特别要控制高温停留时 间及出炉温度。
Seite 31
Seite 28
⒉ 防止措施
①严格控制金属加热温度，缩短高温保温时间；
②锻造时应保证足够大的变形量。
Seite 29
四、过烧(burning) 当坯料加热到接近其熔化温度，并在此温 度下保留时间过长时，将出现过烧现象。 金属过烧后，①晶粒粗大，②晶界熔化， ③形成氧化物，④出现裂纹。
部分钢的过烧温度见表3-2。
Seite 15
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。
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。
Seite 16
①电阻炉加热：利用电流通过炉内的电热体产生的热量进行
加热。该法受电热体的使用温度的限制，热效率较低。在电阻 炉内辐射传热是加热金属的主要方式。
Seite 9
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、
⒉ 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 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。
Seite 33
由于金属的导热系数、密度和比热都与温度有关，因 此金属的导温系数也随温度而变。 与导热系数的变化有点相似，在高温阶段，各种钢的
导温系数趋于一致。尽管这时的导温性不好，但因这 时的塑性好，加热引起的内应力并无危险，所以在高 温阶段，各类钢均可快速加热。
Fe3C＋H2O─→←─3Fe＋CO＋H2 Fe3C＋CO2─→←─3Fe＋2CO 2Fe3C＋O2─→←─6Fe＋2CO Fe3C＋2H2─→←─3Fe＋CH4
Seite 22
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。
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 。
Seite 7
缺点是：劳动条件差，加热速度慢，加热质量难以控制等。
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置称为电炉。
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
Seite 14
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 。
Seite 5

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。
Seite 6
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。
Seite 26
⒈ 过热的危害
碳钢出现魏氏组织；马氏体钢组织为粗针状，出现过多 的δ铁素体； 工模具钢出现萘状断口；合金结构钢、不锈钢、高速钢 、弹簧钢、轴承钢等除奥氏体晶粒粗大外，还有异相质点 沿晶界析出，呈连续网状分布，使晶界变脆。 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。
Seite 4
3）应力状态
三个方向中压应力的数目越多，则金属的塑性越好。拉应力 的数目越多，则金属的塑性越差。 压应力使各种缺陷受到抑制，不易扩展，故可提高金属的塑 性。 在拉应力作用下，极易扩展，甚至破坏，使金属失去塑性。 同号应力状态下的变形抗力大于异号应力状态下的变形抗力 。 综上所述，金属的可锻性既取决于金属的本质，又取决于加 工条件。在压力加工过程中，要力求创造最有利的加工条件 ，提高塑性，降低变形抗力。
Seite 23
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 加热时间越长，脱碳越严重。 ③ 加热时间 时间越长，脱碳层越厚。 ④ 化学成分 是内因，钢中含碳量越高则脱碳倾向 越大。W、Al、Co等元素使脱碳增加，而Cr、 Mn能阻止脱碳，Si、Ni和V对钢的脱碳没有影响 。
Seite 18
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。
导温性用导温系数α来表示： α=λ/(ρC) 式中 λ──导热系数(W/(m℃))；ρ──密度(kg/m3)；
Seite 32
C──比热容(J/(kg℃))
金属的导热系数表示金属的导热能力，它取决于金属 的成分、温度和结晶组织。在常温下合金钢的导热系 数低于相应碳钢的导热系数；当合金元素的数且和份 量增加时，其差别越悬殊。在升温时，碳钢的导热系 数减小，合金钢的导热系数略有增加，但高于900℃ 以后，各种钢的导热系数趋于一致。
细晶粒金属的塑性较粗晶粒的好，可锻性较好。（但变形抗 力较大）
Seite 3
2．压力加工条件 1）变形温度 随着温度的升高，钢的强度下降，塑性上升 ，即钢的可锻性变好。因此，压力加工都力争在高温下进行 ，即采用热变形。即确定锻造温度范围。 2）变形速度 1、随变形速度的增大，加工硬化严重，可锻性变坏。 2、另一方面，在变形过程中，产生热效应现象。热效应现 象使金属的塑性提高，变形抗力减小，可锻性变好。 但是，除了高速锤以外，在普通锻压设备上都不可能超过临 界变形速度。所以，一般塑性较差的金属，应以较小的变形 速度，在压力机上进行锻造。
Seite 12
感应电加热时，电流密度沿坯料横截面的分 布为：中心电流小，表层大，这种现象称为 趋肤效应。
由于趋肤效应，为了提高加热速度和电效 率，对大直径坯料，应选用低电流频率，小 直径坯料可选用较高电流频率。
Seite 13
§3-2 金属加热时产生的缺陷及防止措 施 由金属学所学内容知，金属在加热时将产生以下的变化：
Seite 20
⒋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。
Seite 21
二、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。
Seite 27
过热有不稳定过热和稳定过热： ①不稳定过热 由于单纯原高温奥氏体晶粒粗大形成的 过热。一般可用热处理的方法消除。（如正火、高温回 火、扩散退火、快速升温、快速冷却）
②稳定过热 钢过热后，除原高温奥氏体晶粒粗大外， 沿奥氏体晶界大量析出第二相（包括杂质元素组成的化 合物如硫化物、碳化物、氮化物等）质点或薄膜，这种 过热用一般热处理方法很难消除，称为稳定过热。
Seite 24
脱碳使锻件：表面强度降低 耐磨性降低
疲劳强度降低
可锻性降低，热处理时可能发生开裂
Seite 25
三、金属加热过程中的过热(over heat)
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。
钢的相对表面积（表面积与质量之比）愈大时，则氧化皮 愈多。
Seite 19
⒊ 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。
Seite 17
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
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)