锻造工艺与模具设计-锻前加热、锻后冷却与热处理

第二篇锻造工艺与模具设计

锻造：以锭料或棒料为原材料时，称为锻造，在锻造加工中，坯料发生明显的塑性变形，有较大量的塑性流动。

自由锻：只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量锻件的方法。

模锻：利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。

锻压生产过程

•锻压的生产过程包括成形前的锻坯下料、锻坯加热；成形；成形后工件的热处理、清理、校正和检验。

法兰生产工艺流程

主导产品——大型铸锻件：电站锻件、船用锻件等亚临界汽轮机缸体、超临界缸体、亚临界汽轮机（600MW及600MW以下）高中压转子、中压主轴、超纯转子、高低压联合转子、低压转子、叶轮等火力发电机组（300MW及300MW以下）铸锻件；大型船用铸锻件等。

300MW发电机转子300MW缸体

1-1 锻前加热的目的及方法

1 目的：

提高金属塑性，降低变形抗力，即增加金属的可锻性，从而使金属易于流动成形，并使锻件获得良好的锻后组织和力学性能。

1-1 锻前加热的目的及方法

2 方法：

金属坯料的加热方法，按所采用的热源不同，可分为：

¾燃料加热：

¾电加热：

[1] 燃料(火焰)加热

燃料加热是利用固体(煤、焦炭等)、液体(重油、柴油等)或气体(煤气、天然气等)燃料燃烧时所产生的热量对坯料进行加热。

燃料在燃料炉内燃烧产生高温炉气(火焰)，通过炉气对流、炉围(炉墙和炉顶)辐射和炉底传导等传热方式，使金属坯料得到热量而被加热。

在低温(650℃以下)炉中，金属加热主要依靠对流传热，在中温(650~1000℃)和高温(1000℃以上)炉中，金属加热则以辐射方式为主。在普通高温锻造炉中，辐射传热量可占到总传热量的90%以上。

[1] 燃料(火焰)加热

优点：燃料来源广泛，炉子建造容易，加热费用低，对坯料适应范围广等。

缺点：劳动条件差，金属氧化烧损严重，加热质量难以控制等。

目前，该方法仍是锻造加热的主要方法，广泛用于自由锻、模锻时的对各种大、中、小型坯料的加热。

1-1 锻前加热的目的及方法

[2] 电加热

电加热是将电能转换为热能而对金属坯料进行加热。

锻造生产中常用的电加热方法有：电阻炉加热、接触电加热、感应加热。

1-1 锻前加热的目的及方法

(1)电阻炉加热

用电流通过炉内电热体时产生的热量来加热金属。

常用的电热体有金属电热体(镍铬丝、铁铬铝丝等)和非金属电热体(碳化硅棒、二硫化铝棒等)。

优点：准确控制炉温，对坯料加热的适用范围较大。

缺点：加热速度慢，电能消耗高，加热温度受到电热体材料的限制，若无防护也会产生强烈氧化。

(2)接触电加热

定义：是以低电压大电流通过坯料，由于电流通过时，要克服电阻发热，故可以利用这种热量直接加热金属。

适用范围：细长坯料的整体加热或局部加热。优点：由于是直接在被加热坯料将电能转化为热能，因此具有设备构造简单，热效率高高(达75%-85%)、操作简单、耗电少、成本低等优点。

缺点：要求被加热坯料表面光洁，下料规整，端面平整。温度控制与测量较困难。

1-1 锻前加热的目的及方法

（3）感应加热

z是将坯料放入通有交变电流的感应圈内，利用电磁感应发热直接加热。

z按所用电流频率不同，感应加热通常被分为：工频加热(f = 50 Hz)，中频加热(50~1 000 Hz))和高频加热(f＞1 000 Hz)。

z锻造加热多采用中频加热。

优点：加热速度快，氧化皮少（烧损率一般小于0.5%），温度控制准确，生产条件好，工作稳定可靠，便于和锻压设备组成生产线实现机械化-自动化等。

缺点：设备投资高，一种感应线圈只能加热一定规格的坯料。

1-2 金属锻造温度范围的确定

金属的锻造温度范围是指开始锻造时的温度（始锻温度）和结束锻造时的温度（终锻温度）之间的温度区间。

1-2 金属锻造温度范围的确定

确定锻造温度范围的基本原则：

要求坯料在锻造温度范围内进行锻造时，具有良好的塑性和较低的变形抗力，并且还能获得组织性能优质的锻件。

在满足上述要求的前提下，尽量扩大其锻造温度范围，以便减少锻造加热火次和提高锻造效率。

1-2 金属锻造温度范围的确定

确定锻造温度范围的现行方法：

以铁-碳平衡相图为基础，再结合其塑性图、抗力图和再结晶图，从钢的塑性、变形抗力和组织性能等三个方面进行综合分析，由此定出合适的始锻温度与终锻温度。

1-2 金属锻造温度范围的确定

一、始锻温度

确定坯料始锻温度，首先必须保证

在加热时绝对不能产生过烧，同时

也要尽力避免发生过热。

碳钢始锻温度一般比铁一碳相图的

固相线低150~250℃。

一、始锻温度

坯料组织、锻造方式和变形工艺等。¾以钢锭为坯料时，由于铸态组织比较稳定，产生过烧的倾向较小，因此，钢锭的始锻温度比同钢种钢坯和钢材要高20~50℃；

¾采用高速锤精锻时，因为高速变性产生很大的热效应，会使坯料温度升高以致引起过烧，所以，其始锻温度应比通常的始锻温度约低100 ℃左右。

¾对于大型锻件锻造，最后一火的始锻温度，应根据剩余锻比确定，以避免锻后晶粒粗大，这对不能用热处理方法细化晶粒的钢种尤为重

要。

二、终锻温度

在确定终锻温度时，如果温度过高，会使锻件晶粒粗大，甚至产生魏氏组织。相反，

终锻温度过低，不仅导致锻造后期加工硬

化严重，可能引起断裂，而且会使锻件局

部处于临界变形状态，产生粗大晶粒。因

此，通常终锻温度应稍高于其再结晶温

度。

这样，既保证坯料在终锻温度前仍有足够

的塑性，又可使锻件在锻后能够获得较好

的组织性能。