将金属加热到一定温度后使其塑性提高,变性抗力减小,以利于金属变形和获得良好的锻后组织。图1为含碳0.45%的碳素钢和含镍、铬、钨的合金钢的高温强度变化曲线。根据曲线可知,金属随着温度提高而强度降低。
锻坯加热
金属件热态锻造前的工序。
- 英文名称
- heating of forging billet
- 所属学科
- 机械工程
热模锻和自由锻一般将金属加热到锻造温度范围后进行。锻造温度范围是指始锻和终锻的温度区间,在此温度区间内,金属具有良好的可锻性和合适金相组织。①始锻温度受过热和过烧的影响,一般低于熔点100~200℃。由铁碳相图(图2)可以看出,对于碳钢始锻温度随着含碳量的增加和降低,对于合金钢则降低得更多。②终锻温度应保证在结束锻造前金属还具有足够的塑性以及在锻后能获得良好的组织。过高的终锻温度会使锻件在冷却过程中晶粒继续长大而降低机械性能,尤其是冲击韧性。对那些冷却时不能产生再结晶转变的钢种必须严格控制终锻温度。
锻坯一般加热到金属的始锻温度。为保证里外温度均匀,锻坯表面加热到所需温度后还应保温一定时间。保温时间与金属的导热系数、锻坯的截面尺寸、几何形状和在炉内的放置状态有关。大型冷坯料加热的升温速度不宜太高,以防止表层与心部之间出现过大的温差和在心部出现大的热应力,容易导致裂纹产生。
为了达到锻坯加热的目的,加热温度的测量和控制很重要。有经验的锻工可以根据加热坯料的颜色来判断钢质坯料温度。常用的测温方法有接触式的热电偶和非接触式的光学亮度法、热辐射法以及比色法等。
古代锻造是用明火直接加热锻坯。现代锻坯加热使用各种燃煤、燃油、燃气和电热式的工业炉,包括间歇式的室式炉、台车式炉、电阻炉、感应炉和连续式炉等。感应炉具有加热速度快、温度均匀、占地小、便于自动控制等优点,已广泛应用于中、小模锻件生产线中。
中频感应加热,由于模锻用感应加热的频率一般在中频(300~20000赫兹)范围内,所以通常称为中频感应加热。工件放到感应器内,感应器一般是输入中频或高频交流电的空心铜管,产生的交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流,可使工件迅速加热,这种感应电流在工件的分布是不均匀的,在表面强,在内部很弱,到心部接近于0。
锻坯加热消耗大量能源,因此必须提高工业炉的热效率,改进加热的管理和操作,制订合理的加热规范。正确的加热规范应该满足:锻坯材料允许的导热性和内应力条件下,以最快的速度加热到预定的温度,提高效率,节约能源;尽可能减少加热锻坯吸收有害气体,如氧、氢、氮等气体,减少氧化缺陷,提高加热质量;金属在加热过程中不产生裂纹,不产生过热、过烧和熔化现象,加热均匀,氧化脱碳少,加热时间短,加热效率高,节省能源等。在高温下加热,锻坯易产生氧化、脱碳、过烧、过热和内部裂纹等缺陷,为避免或减少氧化引起的各种问题和损失,对锻坯少无氧化加热已有许多研究,研究成果已用于工业生产。