[科普中国]-热锻

热锻原材料及下料方法

除大、中型的自由锻件采用钢锭作为毛坯外，一般锻件都采用各种金属棒料为毛坯。棒料在锻造前，一般要在专门的下料设备上按要求的尺寸切成断，常用下料方法如下：

锯切锯切下料常在圆盘锯和弓形锯及高速带锯上进行。

圆盘锯是由电动机带动带齿的锯盘慢速旋转并移动，将棒料切断。锯盘的最大直径可达2m，能够锯切的棒料直径在750mm以下。

弓形锯是由电动机带动带齿的锯条作往复移动，把棒料切断。可以锯切的棒料直径为100mm以下。对于直径特别小的棒料，也可以成捆地锯断。

锯切的特点是切口断面平整，尺寸准确；但生产率较低，有锯口损失，并且锯条和锯盘的损耗也比较大。高速带锯是一种较先进的下料设备，生产效率高，且毛坯形状规则。

剪切剪切下料一般是在剪切机上进行，它可以剪断直径为200mm以下的钢坯。当冷剪钢坯时，被剪处将会产生很大的应力而出现裂纹，因此，高碳钢、合金钢和断面尺寸较大的钢坯在剪切之前需预热至350~700℃；对于低碳钢、中碳钢等断面尺寸较小的钢坯可以冷剪。

剪切机下料的特点是可以装置自动送料出料机构，工人的劳动条件较好，生产效率高，节约金属，提高材料的利用率。但剪切端面不平，略带歪斜，尤其是在热态下剪切直径大的钢坯时更为严重。剪切机在大批量生产的模锻车间中得到普遍采用。

剪切下料也可以在切边冲床、摩擦压力机等设备上进行。

折断下料折断下料在水压机或曲柄压力机上进行。压力通过冲头传到材料上，从而使材料沿预先的切口折断。其原理如图。折断前一般用锯切或气割加工做出预切口，其目的是为了在切口处造成大的应力集中，以保证材料在一定的部位折断时，不产生大的塑性变形而影响断面质量。

折断适用于硬度较高的高碳钢及高合金钢。如GCr15、GCr15SiMn、GSiMnMo、GSiMnV等轴承钢，加热温度为300～400℃。

砂轮切割砂轮切割是在砂轮切割机上进行。砂轮切割机是由电动机带动薄片砂轮（厚度一般在3mm以下）高速旋转，并用手动或机动使它作上下运动而将钢坯切断。砂轮切割机可切割直径在40mm以下的任何硬度的金属毛坯。

砂轮切割的特点是生产率高且切割断面平整；但薄片砂轮的损耗较大，工人的劳动条件较差，需要有良好的通风设备。

火焰切割火焰切割又叫气割。其原理是利用气割器或普通焊枪，用氧气气流将钢局部加热至熔化温度，使其逐步熔断。主要用于大型钢坯和锻件的大断面切割（切割断面的厚度可达1500mm以上），也可用于小批生产的大型模锻件的切边。

阳极切割其原理是利用电腐蚀作用和电化学腐蚀作用切开金属材料。被切割材料的尺寸为30～300mm。阳极切割的特点是生产率高、废料少，可以切割任何硬度的金属材料且断面光洁。

锻前加热的目的及方法金属毛坯锻前加热的目的是提高金属塑性、降低变形抗力、使之易于流动成形并获得良好的锻后组织。故锻前加热对提高锻造生产率，保证锻件质量以及节约能源消耗等都有直接影响。按所采用的热源不同，金属毛坯的加热方法可分为火焰加热与电加热两大类。

火焰加热火焰加热是利用燃料（煤、焦炭、重油、柴油和煤气）在火焰加热炉内燃烧产生含有大量热能的高温气体（火焰），通过对流、辐射把热能传给毛坯表面，再由表面向中心热传导而使金属毛坯加热。

在加热温度低于600～700℃时，毛坯加热主要是靠对流传热。所谓对流传热，是通过火焰在毛坯四周不断流动，借助高温气体与毛坯表面的热交换，把热能传给金属毛坯。当加热温度超过700～800℃时，毛坯加热则以辐射传热为主。所谓辐射传热，是通过高温气体与炉膛将热能转变为辐射能，以电微波方式传播的辐射能被金属毛坯吸收后，再由辐射能转变成为热能而使毛坯加热。一般普通锻造加热炉在高温加热时，辐射传热占90%以上，对流传热只占8%～10%。

火焰加热方法的优点是燃料来源方便，炉子修造简单，加热费用较低，对毛坯的适应范围广。但劳动条件差，加热速度慢，效率低，加热质量难于控制等。这种加热方法广泛用于各种毛坯的加热。

电加热电加热是通过把电能转变为热能来加热金属毛坯。其中有感应电加热、接触电加热、电阻炉加热和盐浴炉加热等。

1.感应电加热

在感应器通入交变电流产生的交变磁场作用下，金属毛坯内部产生交变涡流。由于涡流和磁化发热（磁性转变点以下），便直接将金属毛坯加热。

毛坯进行感应电加热时，内部产生的电流密度沿断面分布是不均匀的，中心电流密度小，表层电流密度大，这种现象称为趋肤效应。由此表层金属主要是因电流通过而被加热，心部金属则靠外层热量向内传导加热。对于大直径的毛坯，为了提高加热速度，应选用较低电流频率，以增大电流透入深度；而对小直径的毛坯，由于截面尺寸较小，可采用较高电流频率，这样能够提高电效率。

2.接触电加热

接触电加热的原理是以低压大电流直接通人金属毛坯，由于金属存在一定电阻，电流通过就会产生热量，从而使之加热。

对于一定尺寸的毛坯，要加热到规定的温度，则需产生一定的热量。而一般金属的电阻值比较小，为提高生产率和缩短加热时间，必需以大电流通入毛坯。为了避免短路，常采取降低电压的办法，以得到低电压的大电流。所以，接触电加热用的变压器副端空载电压只有2～15V。

接触电加热的特点是：加热速度快，金属烧损少，加热温度范围不受限制，热效率高，耗电少，成本低，设备简单，操作方便。但毛坯的表面粗糙度和形状尺寸要求严格，特别是毛坯的端部必须规整，不得产生畸变。此外，加热温度的测量和控制也比较困难。适用于长毛坯的整体或局部加热。

热锻温度范围的确定热锻是在一定的温度范围内进行的。钢的锻造温度范围是指开始锻造温度（始锻温度）与结束锻造温度（终锻温度）之间的一段温度区间。

确定锻造温度范围的基本原则是：保证钢有较高的塑性，较低的变形抗力，得到高质量锻件，同时锻造温度范围尽可能宽广些，以便减少加热火次，提高锻造生产率。

确定锻造温度范围的基本方法是：以钢的平衡图为基础，再参考钢的塑性图、抗力图和再结晶图，由塑性、质量和变形抗力三方面加以综合分析，从而定出始锻温度和终锻温度。

一般，碳钢的锻造温度范围根据铁一碳平衡图便可直接确定。对于多数合金结构钢的锻造温度范围，可以参照含碳量相同的碳钢来考虑。但对塑性较低的高合金钢，以及不发生相变的钢种（如奥氏体钢，纯铁体钢），则必需通过试验，才能得出合理的锻造温度范围。

始锻温度的确定确定钢的始锻温度，首先必须保证钢无过烧现象。因此对碳钢来讲，始锻温度应低于铁-碳平衡图的始熔线150～250℃，见图9-5所示。此外，还应考虑到毛坯组织、锻造方式和变形工艺等因素。

终锻温度的确定在确定终锻温度时，既要保证钢在终锻前具有足够的塑性，又要使锻件能够获得良好的组织性能。因此，钢的终锻温度应高于再结晶温度，以保证锻后再结晶完全，使锻件得到细晶粒组织。

就碳钢而言，终锻温度不能低于铁一碳平衡图的A1线。否则，塑性显著降低，变形抗力增大，加工硬化现象严重，容易产生锻造裂纹。

对于亚共析钢，终锻温度应在A3线以上15～50℃，因位于单相奥氏体区。组织均一而塑性良好。但是对低碳钢（含碳量小于0.3%），终锻温度可以降到A3线以下，虽然处于（γ+α）双相区，仍具有足够的塑性，变形抗力也不太高，并且还扩大了锻造温度范围。

对于过共析钢，终锻温度应在Acm线以下，A1线以上50～100℃。这是因为，若终锻温度选在Acm线以上，则会在锻后的冷却过程中，沿着晶界析出二次网状渗碳体，将使锻件的力学性能大为降低。如在Acm线与A1线之间锻造，由于塑性变形的机械破碎作用，可使析出的二次渗碳体呈弥散状。

还须指出，钢的终锻温度与钢的组织、锻造工序和后续工序等也有关。对于无相变的钢种，由于不能用热处理方法细化晶粒，只有依靠锻造来控制晶粒度。为了使锻件获得细小晶粒，这类钢的终锻温度一般偏低。当锻后立即进行锻件余热热处理时，终锻温度应满足余热热处理的要求。如锻件的材质为低碳钢，终锻温度则稍高于A。线。2

粉末热煅普通粉末冶金制品由于存在一定数量的孔隙，强度不高，应用范围受到限制。实践证明，采用热锻工艺能使粉末材料或制品的密度达到或接近其理论值。下图给出了粉末热锻的工艺流程。

由图可知，热锻工艺分两种类型，一类是粉末预成形坯未经预烧结而进行热锻，叫粉末锻造，另一类是粉末预成形坯经过预烧结后进行热锻，叫粉末烧结锻造。多数采用后者，并在保护气氛中进行烧结，使之具有一定的强度，再将预成形坯加热到锻造温度。保温后迅速地放入模膛中进行锻造，一次即可锻成合乎设计要求的锻件。

粉末热锻与一般锻造相比，一方面它吸收了普通模锻工艺的特点，将粉末预成形坯通过加热锻造的途径，提高制品的密度，从而使制品的性能接近甚至超过同类熔铸制品水平另一方面，粉末热锻又保持了粉末冶金工艺制坯的特点。

粉末预成形坯由于含有80%左右的孔隙，其锻造流动应力比普通熔铸材料要低得多。因而能在较低的锻造能量下成形，同时可通过合理设计预成形坯的形状和尺寸，准确控制其重量，实现无毛边或少毛边模锻，提高材料的利用率。一般而言，粉末热锻材料的利用率达80%以上，而普通锻造只有50%左右。与一般锻造制品相比，粉末锻造制品的尺寸精度高，组织结构均匀，无成分偏析等特点。另外还有一个重要特点是能够锻造一般称之为难于锻造成形的金属或合金，例如难变形的高温铸造合金，可以通过粉末热锻工艺锻制成材或形状复杂的各种制品。

粉末热锻技术是在普通粉末冶金和精密模锻工艺基础上发展起来的。由于粉末热锻工艺改善了金属制品的质量，同时又能实现少或无切削加工，简化机加工工序，节省贵重材料和加工工时，从而引起人们的普遍重视。右工农业的许多部门中，广泛地应用了粉末热锻制品。但是其工艺仍处于发展的初期阶段，尚需在科研、生产中逐步完善和改进。3