第三章 不锈钢锻造

3.2 锻造温度范围
4、沉淀硬化不锈钢 根据变形程度的不同而有所差异。建议采用的锻造温度 见表3-5。此类钢塑性最差，因此终锻温度不宜过低，不应低 于950℃。其锻造温度范围只有200℃左右，因此，必须严格 遵守锻造温度规范，以免产生裂纹等缺陷。
3.3锻造工艺特点
1、下料 一般直径大于40mm棒材用圆盘锯切割下料，直径较小 时可采用砂轮切割机。下料精度及表面粗糙度要求较高时， 可用车床下料。
3.4锻件热处理
♣ 铁素体型不锈钢
热处理方式：再结晶退火,即将工件加热到再结晶温度以 上保温一定时间后冷却，使其发生再结晶。目的是为了去除 应力，均匀和稳定组织。由于铁素体不锈钢在加热或缓冷至 475℃附近有α”析出，产生脆化现象（所谓475脆性），因 此退火温度应避开次温度区。再结晶退火温度取在700~800℃， 然后空冷。 退火组织：铁素体+少许碳化物。
3.3锻造工艺特点
6、锻后冷却
马氏体钢对冷却速度非常敏感，空冷时都会发生马氏体转 变形成冷却应力，进而生成裂纹。 马氏体钢、马氏体-铁素体钢冷却方法：应采用缓冷， 200℃炉膛中或石棉保温箱中，或转入600℃炉中保温并随炉冷 却。在北方寒冷的冬季，最好炉冷或锻后立即退火，以防止开 裂。
铁素体不锈钢：快速空冷。
3.1不锈钢
练习巩固：
1Cr13Ni 4Cr10Si2Mo 0Cr15Ni5Cu2Ti
♣ 不锈钢的使用特性
3.1不锈钢
1.抗腐蚀能力强 在大气、水、海水、酸及其他腐蚀性介 质中的化学稳定性强，有耐酸不锈钢、抗氧化不锈钢和热 强不锈钢之分。 2.中温性能优良 热强不锈钢在600℃以下的耐蚀性、抗氧 化和力学性能优于铝合金和结构钢，与钛合金相当，而且 具有良好的室温和高温塑性及可锻性。 3.硬度和耐磨性高 高硬度不锈钢不仅有良好的耐蚀性， 还具有很高的硬度和耐磨性及较好的韧性，适于制造在腐 蚀环境中工作的耐磨零件。 4.切削性能差 5.综合性能优异 6.性能价格比高 单位质量的价格低于相当性能水平的高 温合金和钛合金。
♠ 锻前应将模具预热至150~200℃，也可预热到300℃； ♠ 锻造过程中（几乎每一道工步结束时）都要主要及时清理 氧化皮及缺陷；一火不能锻成时，预锻之后仍需清理氧化皮；
♠ 不锈钢黏性大，每次锻造捶击前，模具都必须润滑，并将 润滑剂涂抹均匀，以免产生表面缺陷。 5、切边
不锈钢一般采用热切边，所需切边力较小，产生裂纹、 毛刺等缺陷的可能性小。热切边温度不低于800℃，冷锻 件切边时必须预热到900~950℃。
锻件中缩孔残余横向试片上的宏观形貌
♣ 原材料带来的冶金缺陷
3.6锻件常见缺陷
1、缩孔残余：位于锻件纵向主轴线上，有时贯穿整个锻 件，在锻件端面表现为裂纹或孔洞，缺陷处富集大量夹杂， 这是由于冶金厂未将冒口中的缩孔切除干净所致。 2、夹杂、夹渣和异金属：不锈钢中过剩碳化物也属于夹杂。 3、成分偏析：合金化程度高，各种合金元素的熔点和密度 差别大，熔炼温度过低、时间不够或搅拌不充分以及铸锭横截面 积过大等原因导致。 4、内部裂纹：指轴心晶间裂纹或应力裂纹。常出现在 马氏体不锈钢锻件和大截面的坯料上。 5、铁素体含量过多及其带状组织
3.1不锈钢
♣ 沉淀硬化不锈钢 含铬10%~30%，同时含有一定量的镍和钼元素。最重 要的性能是强度高，高温性能好。 半奥氏体型 在退火状态下，基本上是奥氏体，但通过简单的热处理 或形变热处理就能转变成马氏体。 马氏体型： 在固溶、退火状态下的硬度较高。
3.1不锈钢
♣ 不锈钢牌号表示法 （1）牌号最前端的数字表示千分之几的含碳量（1个0表示 含碳量≤0.09%，2个0表示含碳量≤0.03%）； （2）每个元素符号后面的数字表示百分之几的平均元素含 量，平均合金元素含量小于1.5%时，在钢号中仅标明元素符 号，不标明数字； （3）平均合金元素含量≥1.5%，2.5%，3.5%，...，23.5%，... 时，相应地写成2，3，4，...，24，...； （4）平均合金元素含量为1.50%~2.49%，2.50%~3.49%， 22.50%~23.49%，...时，相应地写成2，3，...，23等。 举例：0Cr17Ni4Cu4Nb 表示含碳量小于0.09%，平均含有17%的Cr元素， 4%的镍元素（或3.50%~4.49%），4%的铜元素 （或3.50%~4.49%）和小于1.5%的铌元素。
3.1不锈钢
马氏体不锈钢的耐蚀性取决于含铬量。典型牌号为 型， 而钢中的碳与铬能形成稳定的碳化铬，又间接影响了钢的耐蚀 性，所以在Cr%为13%的钢中，含碳量越低，耐蚀性越好。
♣ 奥氏体不锈钢 含镍6%~22%，含铬16%~25%的三元合金，不能通过热 处理而强化。 提高奥氏体强度途径：冷加工。冷加工时加工硬化是由于 部分奥氏体转变成马氏体而造成。 奥氏体不锈钢在室温下保持为奥氏体组织， 塑性好，耐腐蚀性也比铁素体不锈钢好。
3.4锻件热处理
回火 为及时消除淬火产生的应力，避免在放置过程中由 于内应力而引起的裂纹，马氏体不锈钢锻件淬火后要及 时回火。间隔时间一般不超过4h。回火温度应选择在尽 量避免脆性温度区（400℃~550℃）。
3.4锻件热处理
♣ 奥氏体型不锈钢
1、固溶处理：固溶后，一般要进行快冷（水淬或空冷），以 防止在冷却过程中析出碳化物而影响耐腐蚀性。 2、稳定化处理：由于奥氏体不锈钢中的含钛量或铌的含量远 小于铬含量，且钛原子尺寸大于铬原子，扩散速度低于铬原 子，在450℃~850℃的温度区间有可能析出（Cr、Fe）23C6 而产生晶间腐蚀；故常采用加热到高于（Cr、Fe）23C6的溶解 温度、而又低于TiC的溶解温度的稳定化处理。
3.4锻件热处理
固溶处理，指将合金加热到高温单相区恒温保持， 使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过 饱和固溶体的热处理工艺。
3.4锻件热处理
3、应力松弛处理：冷加工产生的内应力可通过较低的温度 退火（275~450℃，0.5~2h）予以消除； 4、消除σ相的热处理：在高铬奥氏体钢含镍不足情况下， 热处理时可能会产生σ相，使钢的αk值下降。避开σ相形成 温度而加热至更高温度时，σ相可以转变成高温铁素体相而 使韧性恢复。
3.1不锈钢
♣ 铁素体不锈钢
含铬13%~30%，C%小于0.12%，具有铁素体组织，典型 牌号有：1Cr17,1Cr17Ti,0Cr17Mo2Ti,1Cr25等。在锻造加热或 冷却过程中无同素异构转变。 力学性能很少因为热处理而发生改变，仅有的热处理方式 为退火，用于冷加工后。
♣ 马氏体不锈钢 含铬12%~18%，C%为0.1%~1%。一般 当含铬量超过约12%时，钢才会钝化而不锈。 如图，马氏体不锈钢和铁素体不锈钢含铬 量有重合的区域15%~18%,具体属于哪一种， 以含碳量多少来决定。
3.4锻件热处理
（3）冷变形法：固溶处理后，在室温下冷变形，冷变形 时形成马氏体数量与变形量及不锈钢的成分有关。一般变 形量在15%~20%就能获得必要量的马氏体，过大变形量会 使马氏体发生加工硬化。 3、时效处理 调整处理后，须进行时效处理。时效温度高于400℃， 会从马氏体中析出金属间化合物（Ni3Ti等），呈高度弥散 分布，起沉淀硬化作用。 一般在500℃进行时效，可获得高强度及高硬度。
3.3锻造工艺特点
棒料电加热炉
火焰加热炉
3.3锻造工艺特点
3、润滑 过去，不锈钢模锻的润滑和碳钢一样仅进行模具润滑。 实际上，不锈钢模锻时的理想润滑方法应该与高温合金和 钛合金一样；除对模具进行润滑外，还应该用玻璃润滑剂 对毛坯进行润滑。
4、模锻 不锈钢模锻时应注意以下环节：
3.3锻造工艺特点
喷砂机
3.3锻造工艺特点
8、打炉批号标记 许多不锈钢锻件为重要件或关键件，要求记录每个零件 的制造历史、存档待查。因此每道工序需要打炉批号标记， 一旦“混料”，就要作报废处理。
3.3锻造工艺特点
9、模具设计特点 不锈钢锻件及其模具设计与钢和特种合金模锻件大 同小异。在两者之间，不锈钢模锻件和模具设计更接近 高温合金模锻件。
电 动 砂 轮 切 割 机
车 床 下 料 圆盘锯切割机
3.3锻造工艺特点
2、毛坯加热 不锈钢导热系数低于普通结构钢，要求加热速度低和保 温时间长。 可采用电炉或火焰炉。目前生产中考虑成本，多采用火 焰炉，炉气气氛应保持中性或微氧化性。
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一般的，对于直径大于100mm的毛坯，均应采用两段式 加热制度；在预热阶段保持800~850℃的炉温，减小加热速 度；在加热和均热保温阶段，保持较高炉温（始锻温度上 限），快速加热到始锻温度。
第三章 不锈钢锻造
主讲：耿佩
西安航空职业技术学院 航空材料工程学院
主要内容
不锈钢 可锻性和锻造温度范围 锻造工艺特点 锻件热处理
锻件常见缺陷
3.1不锈钢
什么是不锈钢？ 在空气、水、盐的水溶液、酸以及其它腐蚀介质中具有 高度化学稳定性的钢种。从化学成分来看，不锈钢中含铬量 都较高。因为在大气条件下，钢中含铬量大于12%时，基本 上不会生锈，因此习惯上将含铬量超过12%的钢称为不锈钢。 原因： 铬在铁的表面形成氧化膜，保护表皮下面的金属免遭腐 蚀，使铁表面“钝化”。
3.4锻件热处理
♣ 沉淀硬化不锈钢
1、固溶处理 2、调整处理：目的是获得一定数量的马氏体，从而使钢强化， 常采用以下几种方法: （1）中间时效法：固溶处理后再加热至745℃~775℃，保温 90min，随后冷却到室温便得到马氏体+α铁素体+残余奥氏体 组织，参与奥氏体在随后510℃时效才可分解完。 （2）高温调整及深冷处理：固溶后，先加热到950℃保温 90min。之后再经-70℃冷处理保温8h，就可得到一定量马氏 体。
3.2 锻造温度范围
2、奥氏体不锈钢 加热时不发生相变，始锻温度主要受到晶粒长大的限制。 这类钢始锻温度一般都不超过1200℃。终锻温度，主要受碳化 物析出敏化温度（480~820℃）的限制，所以，终锻温度一般 都高于碳化物析出敏化温度区间，取825~850℃。 3、马氏体不锈钢 始锻温度受高温铁素体形成温度和铁素体形态的限制和 影响。生产中确定始锻温度为1150℃。 终锻温度随含碳量而异，高碳的一般 取925℃，低碳的取850℃，均应高于 钢的同素异构转变温度。
奥氏体不锈钢：空冷后需加热到780~850℃进行再结晶 退火，消除内应力。
3.3锻造工艺特点
7、表面清理 不锈钢加热时同样会产生氧化皮，不厚但很坚硬，易使 模具和刃具磨损。在制坯和终锻之间，机加工之前，都应清 除氧化皮。 清理方法:酸洗和喷砂。锻件先经酸洗再进行喷砂，效果 最佳。或进行滚筒打磨及手工打磨等通用的机械方法。
3.4锻件热处理
♣ 马氏体型不锈钢 热处理工艺：退火、淬火+回火
退火 目的：降低锻件或焊后零件的硬度，并提高塑性和韧性 为精加工做准备，同时消除内应力防止开裂。 退火温度不宜过高，防止大量合金元素与碳溶入奥氏体 而更提高淬透性。 退火组织：富铬的铁素体和碳化物。 淬火 马氏体不锈钢中含有较多的难溶碳化物，所以淬火温度 要比相变点高许多，才能使碳化物溶入奥氏体并扩散均匀。 马氏体不锈钢淬透性高，可在空气或油中淬火。
3.1不锈钢
♣ 不锈钢中主要合金元素及其作用
加入镍及铬：控制奥氏体相的稳定性及改善耐蚀性和抗氧化性； 加入硅及铝：增进抗氧化及抗渗碳性能； 加入钛及铌或降低含碳量：消除或降低晶间腐蚀倾向，因钛或 铌可与碳形成稳定的碳化物。 加入钼：增加耐蚀性，特别是对含氯离子介质的点腐蚀； 加入铜：提高对硫酸的腐蚀性； 加入硫、硒或铅：改进切削加工性能； 加入稀土元素：改善热加工性能； 加入锰：可部分代替镍，扩大γ相区； 加入钒、钨、硼、铁、氮等：提高热强性；
3.2 锻造温度范围
♣ 不锈钢的锻造温度范围 1、铁素体不锈钢 铁素体不锈钢锻件晶粒度主要取决于始锻和终锻温度以 及终锻时的变形量。其再结晶温度比较低，终锻温度可以低 至700℃，生产上定为720~800℃， 且不允许高于800℃。为获得细 晶组织，减轻晶间腐蚀和缺口 敏感性，这类钢的始锻温度不 宜过高，均低于1200℃。