锻造加热缺陷分析及工艺预防措施- 学兔兔 www.bzfxw.com .pdf

锻造加热缺陷分析及工艺预防措施 阳泉煤业集团华越机械有限公司 ( 山西0 4 5 0 0 8 ) 陈迎华刘长帅 锻造 中，金属坯料锻前大部分需要加热 ，以改 善金属塑性及变形抗力。金属的锻前加热是锻件生 产过程中的重要工序 。如果有 同素异构转变的材料 加热时 ，在一定的温度区间有相态转变 ，正 确地利 用这一规律 ，恰当地选择加热温度 ，就可以使金属 坯料在塑性较好的组织状态下进行成形 。 一 、加热方法种类及比较 通常加热方法主要有火焰加热法和 电加热法两 大类 。生产实践表 明，二者各有优缺点。 火 焰加 热 的优点 ：燃料来 源广 ，炉子修 造容 易，费用较低 ，加热的适应性强等。缺点 ：劳动条 件差 ，加热速度慢 ，加热质量较难控制等。 电加热 的优点 ：升温快 ( 如感应 电加热等)， 炉温容易控制( 如电阻炉 )，氧化 ，脱碳少 ，劳动 条件好 ，便于实现机械化 、自动化。缺 点：对坯料 尺寸 、形状变化的适应性不强 ，设备结构复杂 ，投 资费用较大 。 二、锻造加热缺陷原因分析及防止措施 1 氧化 氧化过程属于扩散过程 。钢料表 层的铁以离子 状态由内部向表面扩散，而炉中的氧化性气体以原 子状态 吸附到钢料表 面并 向内部扩散 ，形成氧化 皮 。通常扩散过程是 由外向内逐渐减弱的 ，因此氧 化皮是 由三层不 同的氧化铁组成 。 氧化主要受内因 ( 如钢料的化学成分和 几何尺 寸等 )和外因 ( 如炉气成分 、加 热温度和时间)的 影响。对于一定的金属材料 ，减少或消除氧化主要 3 4 ? 年箩 警 偎置 锈 雄 参 褥 工 热 加 工 o - t ww me t o l w o r k l n ll g S O c o m 一” 一。 是控制外因。相对表面积越大 ，则氧化皮越 多。 ( 1 )炉气成分火 焰炉的 炉气成分通常有氧 化性 气体 、还 原性 气体( CO、H )和 中性 气体 ( N ： )。如果炉气呈氧化性 时，易产生较厚的氧化 层，而炉气呈还原性时 ，即使产生氧化 层，其厚度 也较薄 ，甚至可忽略 。具 体炉气呈氧化性还是还原 性与空气供给有直接关系。 ( 2 )加热温 度随 着加 热温度的逐步升 高 ， 金属氧化扩散速度也相应加快 ，氧化烧损也相应加 大 ，从而形成较厚 的氧化皮 。一般情况下 ，6 0 0 以下 时金属 氧化 速度很 慢 ，但 当温 度超过 8 0 0 oC 时，氧化加剧 ，其关系如图1 所示 。 越 赠 I ， r l 一 l ， f I l ， I l 表 面重量损失儋 c mI 2 图1 炉气成分和加热温度对钢氧化的影响 ( 3 )加 热时 间钢料处在氧化性 介质 中的加 热时 间越长 ，氧化扩散量越大 ，于是形成的氧化皮 也越 厚。特别是高温阶段的加热时间越长时 ，其影 响更大 。 金属的氧化烧损危害很大 ，一般情况下 ，钢料 每加热一次便有1 2 一 3 的金属烧损 ( 见表 1 )。 同时氧化皮还加剧模具 的磨损 ，降低锻件的表面质 量 。残留氧化皮的锻件 ，在机加工时刀具 刃口很快 磨损。因此 ，减少或消除加热时金属的氧化烧损对 锻造生产来说非常重要 。 表1 采用不同加热方法时钢的一次烧损率 ( ) 炉 型 烧 损率 炉 型 烧 损率 室式炉 ( 煤炉 ) 2 5 4 电阻炉 1 1 5 油 炉 2 3 煤气炉 1 -5 2 5 接触 电加热和感应加热 l 4 0 O GCr 1 5 1 3 5 0 4 5 Cr 1 3 9 0 W l 8 Cr 4 V 1 3 6 0 O 1 5 C一 3 Ni 1 4 0 0 W 6 M 0 5 Cr 4 V 1 2 7 0 3 0 Cr Ni M O 1 4 5 0 2 Cr 1 3 1 l 8 0 4 Cr l 0 Si 2 M O 1 3 5 0 Cr 1 2 M o V 1 1 6 0 5 0 Cr v 1 3 5 0 T8 1 2 5 0 l 2 Cr Ni 3 A 1 3 5 0 T1 2 1 2 0 0 6 0 S i 2 Mn 1 3 5 0 GH1 3 5 合金 1 2 0 0 6 0 S i 2 Mn B E 1 4 o o G H3 6 合金 1 2 2 0 减少和防止过烧的办法是严格遵守加热规 范， 特别是要控制出炉温度及在高温时的停 留时间。 5 裂纹 如果钢在加热过程 的某一温度下，内应力超过 强度极限 ，那么就要产生裂纹。通常内应 力有温度 应力、组织应力和残 留应力 ( 1 ) 温度应力温度应力大小与钢的性 质、 断面温差 有关 。一 般只有在 钢料 出现 温度梯 度 ， 且处于弹性状态时，才会产生较大的温度应力并引 起开裂 。钢的温 度低于5 5 0 时处于弹性状态 ，因 此当其处于这个温度范围以下时 ，温度应力的影响 就 显得较为突 出。当温 度应力超过 了强度极限 ，就 会产生裂纹而造 成钢料 的破坏 。当温度超过5 5 0 3 6, l k l m e 箩 t o l ? w 卿 o r k ln 燕 gl 9 S 0 , c o r n 参磊 热 加 工 。- 一 时 ，钢料塑性较好 ，抗力较低 ，通过局部塑性变形 可以使温度应力得到部分消除 ，此时就不会造成钢 料破坏了。 温度应力一般都是三向应 力状态 。生产实践和 理论计算表明，圆柱坯料中心部分产生的轴向温度 应力较切 向和径 向温度应力都大 ( 且是拉应力)， 因此钢料加热时心部产生裂纹 的倾向性较大。 研究表明 ，温度应力随时间的变化规律与断面 温差随 时 间的变化规律 相 同。钢料 的断 面尺寸越 大 ，则其 温差也越 大 ，因而产生 的温 差应 力也越 大。 ( 2 )组 织 应 力 组 织 应 力也 是 三 向应 力状 态 ，其 中切 向应 力最大。随温度的升高 ，表层先发 生相变 ，由珠光体转变为奥 氏体 ，比容减小 ，于是 在表 层引起拉应 力，心部为压应力。此时组织应 力 与温度应力反向，使总的应力值减小。当温度继续 升高时 ，心部也发生相变 ，此时引起 的组织应力是 心部为拉应力 ，表层为压应力 ，虽然 与温度应力同 向，使总的应力值增大 ，但这时钢料 已接近高温 ， 不会造成开裂。 ( 3 )残留应力钢锭在凝固和冷却过程 中，由 于外层和 中心冷却次序的不同，各部分 间的相互牵 制还要产生残 留应 力。外层冷却快 ，中心冷却慢 ， 因此残留应力在外 层为压应力，在中心部分为拉应 力，其符号与温度应 力相同 ，因此钢锭加热时 ，对 残 留应力应给予足够的重视。 总之 ，钢 料 的加 热 ，特 别是 5 0 0 以 下加 热 时 ，应避免加热速度过快 ，此时钢料的塑性较低 ， 温度应力较大 ，在温度应力和坯料 中原有应 力的共 同作用下 ，有可能产生裂纹。为防止裂纹的产生 ， 对钢料的加 热，特别是断面尺寸大的钢锭和导热性 差的高合金钢的加 热 ，其低温阶段必须缓慢加热 ， 并且制定和遵守正确的加热规范。 三 结语 金属材料加热涉及理论极 为广泛 ，实践 中注意 的事项也很多 ，控制不好就会造成严 重损失 ，尤其 是比较 昂贵的金属材料。因此 ，在实际生产 中必须 按加热规范操作 ，严格控制加热过程 ，才能达到预 期效果 。MW ( 2 0 1 2 0 7 1 9 )