第3章 锻造的加热规范

3.4.1 装炉温度
装炉温度可按温度应力和坯料断面最大允许温差［Δt］ 来确定。根据对加热温度应力的理论分析，计算式为 ［Δt］=1.4×［σ］βE 式中，［Δt］是圆柱体坯料表面与中心的最大允许温差 (℃)；［σ］是许用应力(MPa)，可按相应温度下的抗拉 强度计算；β是线膨胀系数(℃-1)；E是弹性模量(MPa)。
图3-17
圆柱坯料允许装炉温度与最大允许温差的关系 R—坯料半径 λ—热导率
图3-18 钢锭加热的装炉温度及保温时间 1—Ⅰ组冷锭的装炉温度 2—Ⅱ组冷锭的装炉温度 3—Ⅲ组冷锭的装炉温度 4—热锭的装炉温度 ----—在装炉温度下的保温时间
表3-7 钢号分组
3.4.2 加热速度
金属加热速度是指加热时温度升高的快慢，通常是指金属表面温度升高的速 度，其单位为℃/h，也可用单位时间加热的厚度来表示，其单位为mm/min。
图3-19
中小钢坯在室式炉中的加热时间
表3-10 钢坯(直径200～350mm)加热时间
3.钢锭(或大型钢坯)的加热时间
图3-20
结构钢热锭及热钢坯的加热时间 1—加热到锻造温度的时间 2—加热及在锻造温度下的保温时间
3.4.5 钢锭、钢坯、钢材的加热规范
1.钢锭和大钢坯的加热规范
2.中、小型钢坯的加热规范
图3-11
MB5镁铝二元合金相图
图3-12
MB5合金的塑性图
图3-13
各种有色金属、合金的抗力图
图3-14
2A02硬铝在锻锤下压缩的再结晶图
3.3.2 始锻温度的确定
• 确定始锻温度时，首先应保证金属不产生过热、 过烧，有时还要受高温析出相的限制。始锻温度 高，则金属的塑性好，抗力小，变形时消耗的能 量小，锻造时可以采取较大的变形量。但加热温 度过高，不但氧化、脱碳严重，还会引起过热、 过烧。对于碳钢，图3-15 碳钢的锻造温度范围 为了防止产生过热、过烧，其始锻温度一般比铁 碳相图的固相线低150～250℃，如图3-15所示。 由图可见，随着含碳量增加，钢的熔点降低，其 始锻温度也相应降低。
数、完全燃烧与否，根据炉气成分对金属氧化程度的影响，可 分为氧化性炉气、中性炉气和还原性炉气。 (2) 加热温度 (3) 加热时间 (4) 钢的成分 温度是影响金属氧化速度的最主要因素。 如图3-6所示，钢料处在氧化性介质中的加热时 在相同条件下，随着钢中含碳量的增加，钢的烧
间越长，氧的扩散量越大，形成的氧化皮越厚。
3.5.1 快速加热
3.5.2 介质保护加热 3.5.3 少无氧化火焰加热
图3-24 通保护气体的马弗炉示意图 1—烧嘴 2—马弗管 3—坯料
图3-25
一室两区敞焰少无氧化 加热原理图
最大可能的加热速度是指炉子本身可能达到的最大加热速度。其取决于 炉子结构、燃料种类、燃烧情况、坯料的形状尺寸及其在炉中的摆放方 法等。 坯料允许的加热速度是指为保证坯料加热质量及完整性所允许的最大加 热速度，受加热时产生的温度应力的限制，与坯料的导温性、力学性能 及坯料尺寸有关。 根据加热时坯料表面与中心的最大允许温差而确定的圆柱体坯料最大 允许加热速度可按下式计算，即
接触电加热工作原理图
图3-3 感应加热工作原理图 1—感应器 2—坯料 3—电源
表3-1 各种电加热方法的应用范围
3.2 金属加热过程中的变化
3.2.1 氧化和脱碳
3.2.2 过热和过烧 3.2.3 导温性的变化 3.2.4 应力的变化
3.2.1 氧化和脱碳
1.氧化
2.脱碳
1.氧化
(1) 炉气成分 燃料炉的炉气成分取决于燃料成分、空气消耗系
图3-15
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碳钢的锻造温度范围
表3-6 部分金属材料的锻造温度范围
3.4 锻造的加热规范
3.4.1 装炉温度
3.4.2 加热速度 3.4.3 均热保温 3.4.4 加热时间 3.4.5 钢锭、钢坯、钢材的加热规范
图3-16 钠的锻造加热曲线类型 a) 一段式加热曲线 b) 二段式加热曲线 c) 三段式 加热曲线 d) 四段式加热曲线 e) 五段式加热曲线 ［v］—金属允许的加热速度 —最大可能的加热速度
1.钢锭和大钢坯的加热规范
(1) 冷锭加热规范 冷锭加热的关键在低温阶段，在此阶段必须
限制装炉温度和加热速度。 (2) 热锭加热规范 热锭的加热规范主要取决于它的断面尺寸， 而与化学成分无关。
3Z21.TIF
3Z22.TIF
图3-23
5.5t 25Cr2MoVA热锭加热规范
3.5 金属的少无氧化加热
(2) 加热温度 (3) 加热时间 (4) 钢的成分 随着加热温度的升高，碳的扩散速度增加，脱碳 在低温条件下，即使钢在炉内时间较长，脱碳并 钢中含碳量越高，脱碳倾向越大。 层厚度也增大。 不显著，但高温下停留的时间越长，则脱碳层越厚。
3.2.2 过热和过烧
1.过热
2.过烧
1.过热
表3-4 常见钢的过热温度
表3-8 温度头与加热时间及断面温差的关系
3.4.3 均热保温
表3-9 钢锭加热的最大保温时间
3.4.4 加热时间
1.有色金属的加热时间
2.钢材(或中小钢坯)的加热时间 3.钢锭(或大型钢坯)的加热时间
2.钢材(或中小钢坯)的加热时间
(1) 半连续炉中加热，加热时间的计算方法
(2) 室式炉加热，加热时间的确定方法 直径小于200mm的钢 坯加热时间，可按图3-19确定。
3.1.2 锻前加热的方法
1.燃料加热
2.电加热
2.电加热
(1) 电阻加热 根据产生电阻热的发热体不同，电阻加热分为电
阻炉加热、接触电加热等。 (2) 感应加热 自开始应用感应加热能源以来，感应加热理论和 感应加热装置都有很大发展，感应加热的应用范围越来越广。
图3-1 电阻炉工作原理图
图3-2
2.组织应力
图3-9
圆柱体坯料加热过程中温度
图3-10
钢料加热过程切向应力
3.3 锻造温度范围的确定
3.3.1 锻造温度范围确定的原则及方法
3.3.2 始锻温度的确定 3.3.3 终锻温度的确定
3.3.1 锻造温度范围确定的原则及方法
• 金属的锻造温度范围是指开始锻造温度(始锻温度)和结束 锻造温度(终锻温度)之间的一段温度区间。 • 锻造温度范围的确定应遵循以下原则：金属在锻造温度范 围内应具有较高的塑性和较小的变形抗力，使锻件获得良 好的内部组织和力学性能。在此前提下，为了减少锻造火 次，降低消耗，提高生产效率并方便现场操作，应力求扩 大锻造温度范围。 • 确定锻造温度范围的基本方法：运用合金相图、塑性图、 抗力图及再结晶图等，从塑性、变形抗力和锻件的组织性 能三个方面进行综合分析，确定出合理的锻造温度范围， 并在生产实践中检验和修订。
2.过烧
表3-5 部分钢的过烧温度
3.2.3 导温性的变化
热导率(λ)指在稳定条件下，1m厚的物体，两侧面温差为1℃，1h内通过1m2面 积传递的热量。
图3-7
几种钢的热导率随温度变化的规律
图3-8 几种钢的热扩散率随温度变化的规律
3.2.4 应力的变化
1.温度应力
2.组织应力
1.温度应力
第3章 锻造的加热规范
3.1 锻前加热
3.2 金属加热过程中的变化 3.3 锻造温度范围的确定 3.4 锻造的加热规范 3.5 金属的少无氧化加热
3.1 锻前加热
3.1.1 锻前加热的目的
3.1.2 锻前加热的方法
3.1.1 锻前加热的目的
锻前加热的目的是：提高金属的塑性，降低变 形抗力，使锻件易于流动成形，并获得良好的 锻后组织和力学性能。
损率有所下降，这是因为在高碳钢中反应生成了较多CO而降低
了氧化铁的生成量。
图3-4
氧化皮形成过程示意图
表3-2 采用不同加热方法时钢的一次烧损率
表3-3 大钢锭加热时表面的烧损
图3-5
加热温度对氧化的影响
图3-6
加热时间对氧化的影响
2.脱碳
(1) 炉气成分 炉气成分中的H2O、CO2、O2都能引起脱碳。