第二章锻造用原材料及坯料准备概论

按加工状态
• 锻造用原材料：棒材、板材、管材。 • 根据毛坯的具体形状和几何尺寸选用。 • 圆柱体，则要考虑毛坯的高径比H/d。 当高径比H/d≥2 时，要预制坯，防止在成形过 程中弯曲失稳，或产生弯曲，形成折叠。 H/d 较小时，也可采用板料下料。 • 对于薄板毛坯，可采用普通冲裁落料或精密冲裁 下料。 • 若锻造环形件，也可用管材切割制坯。
冷锻用材料状态
冷锻用材料
钢
状
态
热轧退火状态； 热轧退火后的剥皮材或无心磨削坯料； 经小变形量拉拔的棒材；退火状态的拉拔棒材； 铸锭； 锻坯
热轧棒材； 热轧板材； 退火状态的挤压坯料； 退火状态的拉拔坯料； 铸件
有色金属
二、热锻用金属材料
• 热锻用钢材 • 热锻用钢材有钢锭和钢坯两种。大型锻件 使用钢锭作为原材料，中小型锻件使用各 种截面的钢坯作为原材料。
作为废料应予切除。
• 钢锭底部和冒口占钢锭质量的5%～7%和 18%～25%。对于合金钢，一般冒口切除25%～ 30%，底部切除7%～10%。
二、大型钢锭的主要缺陷 锻造用钢的宏观缺陷：表面品质 • 锻造成形用材料的表面品质的高低直接影 响产品废品率。 • 除要求表面不得有肉眼可见的裂纹、结疤、 折叠及夹杂物以外，细小的划痕、压痕、 发纹等也不得超过一定的深度。 • 特别不能有轴向缺陷。
• 当氢含量达到一定数值后，锻后冷却时锻件内部 会产生白点缺陷。氢含量过高还会引起氢脆现象， 使钢的塑性显著下降。
⑷缩孔和疏松 • 缩孔在冒口区（凝固最慢），由于冷却时钢液补 充不足而形成，含有大量杂质，因此必须将缩孔 与冒口一起切除。 • 疏松集中在中心部位，由于晶间钢液最后凝固收 缩或钢液凝固过程中析出气体形成，会降低组织 的致密度，破坏金属的连续性，在锻造时需用大 变形才能消除。
2.1
锻造用钢锭与型材
一、钢锭的内部结构
钢锭是由冒口、锭身和底部组 成，其内部组织结构，取决于 结晶热力学和动力学条件。
•表层为细小等轴晶区 •向里为柱状结晶区 •再往里为倾斜树枝状结晶区 •心部为粗大等轴晶区
• 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
⑸溅疤 • 浇注时，钢液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。
• 锻前必须铲除，否则会在锻件上形成夹层。
三、型材的常见缺陷 型材表面缺陷
•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。
部分冷锻用钢
种
普通碳素结构钢
优质碳素结构钢 铬钢 合金结构钢 铬钼钢 铬镍钼钢 铬锰钢 奥氏体钢 不锈钢 马氏体钢 铁素体钢
类
10、20、30、40
举
Q195、Q215、Q235
20Cr、30Cr、40Cr 20CrMo、30CrMo、40CrMo 20CrNiMo、30CrNiMo 20CrMn、30CrMn
•钢锭的常见缺陷有：偏析、夹杂、气体、气泡、 缩孔、疏松、裂纹和溅疤等。
•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 钢锭内部各成分不均匀的现象，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）。 影响：造成力学性能不均匀和裂纹缺陷。 措施： 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。
⑵夹杂 分为内在夹杂和外来夹杂 • 定义：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。
•影响：破坏金属的连续性，在夹杂处产生应力集 中，引起显微裂纹，成为锻件的疲劳源。降低锻 造性能和锻件的力学性能。
⑶气体 钢锭中常见的残存气体是氢、氧、氮等。氢 是钢中危害最大的气体。
第2 章 锻造用原材料及坯料准备
• • • • • 2.1 锻造用钢锭与型材 2.2 下料和下料方法 2.3 模锻时的润滑 2.4 钢的软化退火 2.5 钢的磷化处理
锻前材料准备主要包含以下两项内容： 1）选择材料；2）锻件大小切成一定长度的毛坯。 碳素钢 合金钢 按组织成分 有色金属 贵金属 铸造钢锭 轧材 挤压棒材 锻坯

35～40 15 18 28

s
HB
25～30 100 60～70 110
备注
退火 淬火+时 效 退火 退火
（MPa） （%）
（%） 70～90 30 38 55
1A70 2A11 2A11 15钢
• 镇静钢一般比沸腾钢容易冷锻成形，特别是铝镇 静钢。 • 钢中碳和硅含量：不仅影响钢的变形抗力，而且 影响冷锻成形件的尺寸精度。 • 因此，使用非标准材料时，至少要分析确定碳和 硅的含量，同批材料的化学成分应该接近一致。 为了加工精密冷锻成形件，最好按化学成分分组 加工。 • 钢中磷、硫、铜的含量必须严格控制，因为它们 的存在使钢的冷锻成形性能降低。
热锻用有色金属及贵金属 种 类
举 例
铝及其合金 铅及其合金 锌及其合金 锡及其合金 铜及其合金 贵金属 纯铝L2、L4、L6；防锈铝LF21；锻铝LD2、 LD10、LD31；硬铝LY12、超硬铝LC4 纯铅、铅合金 纯锌、锌合金 纯锡、锡合金 纯铜T2、无氧铜TU1、黄铜H65、H80、H96、 锌白铜Bzu15~20、白铜B19 铂、金、银、镍、钛、白金
例
0Cr18Ni9、0Cr17Ni11MoZ、00Cr18Ni10 1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2 1Cr17、0Cr13
冷锻用钢的尺寸公差
• 表2-3 冷锻成形用拉拔圆钢的尺寸公差
剥皮料、无心磨削料的直径公差为0.05～0.1 mm。 棒材弯曲度≤1%。 管材壁厚差<0.3 mm。薄壁管的精度要高一些。
一、适宜于冷锻成形的材料
适合于冷锻的材料，应当具有较高的塑性，不但冷 态塑性要好，而且变形时硬化程度也不要太强。 适于冷锻的材料主要是有色金属铝/镁等、低碳 钢、中碳钢和低合金结构钢和某些不锈钢。
机械性能 材料牌号
b
（MPa） 80～100 380～420 210 360～380
s
30 240 110