金属的加热和锻件的冷却

第三节　金属的加热和锻件的冷却

热变形所需的变形力小，变形程度大，因此对变形抗力大的材料或变形程度大的构件，一般在变形前先进行加热，以提高材料的塑性、降低变形抗力。

一、确定锻造温度范围

金属的锻造是在一定的温度范围内进行的，开始锻造时的温度称为始锻温度，停止锻造时的温度称为终锻温度。几种常用材料的锻造温度范围如表2－1所示。

1．始锻温度　一般应定在铁碳合金相图中AE线以下150℃～200℃。如果超过这个温度，奥氏体晶粒会发生急剧长大，称为过热。如果加热温度接近AE线，炉气中的氧会渗入晶界造成晶间氧化，失去晶粒间的连接，使钢料完全失去可锻性，锻造时，钢料将会崩裂成碎块，这种现象称为过烧。

2．终锻温度　从可锻性而言，终锻温度最好定在铁碳合金相图中GSE线以上，使锻造全都在单一的奥氏体区域内进行。但为了扩大锻造温度区间，以减少加热次数，实际的终锻造温度，定在GSE线之下、PSK线以上50℃～100℃。这是因为亚共析钢中出现少量的铁素体对可锻性影响不大，过共析钢中出现渗碳体，虽然会降低一些可锻性，但可阻止渗碳体形成连续的网状结构，从而提高锻件的机械性能。

常用金属的锻造温度范围如表2－1所示：

表2－1　几种常用金属的锻造温度范围

二、加热规范

为了缩短加热时间，对于塑性良好的中、小型低碳钢坯料，可采用快速加热（就是把冷的坯料直接送进高温的加热炉中，尽快加热到始锻温度）。这样，不仅可以提高生产效率，而且可以减少坯料的氧化损失和表面脱碳，并防止过热。但是，快速加热会使坯料产生较大的热应力，有可能导致内部开裂。因此，对于导热率和塑性较低的大型合金钢坯料，常采用两段式加热。

第一阶段，坯料从低温随炉升温至800℃左右，并适当保温以待组织均匀转变。这阶段约占总加热时间的70%。第二阶段，急速升高炉温至始锻温度。这时钢料已是塑性良好的奥氏体组织，就不会因热应力而开裂；并能减少氧化、脱碳、过热等缺点。最后再保温均热，就能出炉锻造。

三、锻件的冷却方法

正确选择和严格遵守冷却规范，也是锻造工艺过程中的一个重要环节。如果锻后锻件冷却不当，会使应力增加和表面过硬，影响锻件的后续加工，严重的还会产生翘曲变形、裂纹，甚至造成锻件报废。

常用的冷却方法如下：

1．空冷　热态锻件在空气中冷却的方法称为空冷。空冷是冷却速度较快的一种冷却规范，适用于低碳钢、中碳钢的小型锻件。

2．堆冷　将热态锻件成堆放在空气中进行冷却的方法称为堆冷。堆冷的冷却速度低于空冷，适用于中碳钢、低合金结构钢的小型锻件。

3．坑冷　将热态锻件放在地坑（或铁箱）中缓慢冷却的方法称为坑冷。坑冷的冷却速度较堆冷低，适用于低合金钢及截面尺寸较大的锻件。

4．灰砂冷　将热态锻件埋入炉碴灰或砂中缓慢冷却的冷却方法称为灰砂冷。锻件入灰（砂）温度一般不低于500℃，到150℃左右出灰（砂），周围蓄砂厚度不能小于80mm。灰砂冷的冷却速度低于坑冷，使用场合与坑冷相同。

5．炉冷　锻后锻件放人炉中缓慢冷却的冷却方法称为炉冷。炉冷应根据需要按预定的温度一时间曲线进行，其冷却速度低于灰砂冷，适用于高合金钢及大型锻件。