坯料的加热

1.加热的目的和要求

除少数具有良好塑性的金属可在常温下锻造外,大多数金属都应加热后锻造成形。

锻造时,将金属加热,能降低其变形抗力,提高其塑性,并使内部组织均匀,以便达到用较小的锻造力来获得较大的塑性变形而不破裂的目的。

一般来说,金属加热温度越高,金属的强度和硬度越低,塑性也就越高。但温度不能太高,温度太高会产生过热或过烧,使锻件成为废品。

金属锻造时,允许加热的最高温度,称为始锻温度。金属在锻造过程中,热量逐渐散失,温度下降。金属温度降低到一定程度后,不但锻造费力,而且易开裂,所以必须停止锻造,重新加热。金属停止锻造的温度称为终锻温度。

2.加热设备

(1)反射炉

燃料在燃烧室中燃烧,高温炉火(火焰)通过炉顶反射到加热室中加热坯料的炉子称为反射炉。反射炉以烟煤为燃料。

(2)室式炉

炉膛三面是墙,一面有门的炉子称为室式炉。

室式炉以重油或天然气、煤气为燃料。

(3)电阻炉

电阻炉利用电阻加热器通电时所产生的热量为热源,以热辐射方式加热坯料。

3.锻造温度范围

锻造温度范围是指金属开始锻造的温度(始锻温度)到锻造终止的温度(终锻温度)之间的温度间隔。常用材料的锻造温度范围见表8-1。

表8-1 常用材料的锻造温度范围

4.加热缺陷及防止措施

(1)氧化与脱碳

在高温下,金属坯料的表层金属受炉气中氧化性气体的作用发生化学反应,生成氧化皮,造成金属烧损(氧化烧损量约为坯料质量的2%～3%),还会降低锻件的表面质量。在下料计算坯料重量时,应加上这个烧损量。钢在高温下长时间地与氧化性炉气接触,会造成坯料表层一定深度内碳元素的烧损,这种现象称为脱碳。脱碳层小于锻件的加工余量,则对零件没有影响;脱碳层大于加工余量时,会使零件表层性能下降。

减少氧化和脱碳的方法是在保证加热质量的前提下,快速加热,避免坯料在高温下停留时间过长。

(2)过热和过烧

金属由于加热温度过高或高温下保持时间过长引起晶粒粗大的现象称为过热。过热的坯料可以在随后的锻造过程中将粗大的晶粒打碎,也可以在锻造以后进行热处理,将晶粒细化。

加热温度超过始锻温度过多时,使晶粒边界出现氧化及熔化的现象称为过烧。过烧破坏了晶粒间的结合力,一经锻打即破碎成废品。过烧是无法挽救的缺陷。

避免过热和过烧的方法是严格控制加热温度和高温下的保温时间。

(3)开裂

大型或复杂锻件在加热过程中,如果加热速度过快,装炉温度过高,则可能造成坯料各部分之间较大的温差,膨胀不一致,产生裂纹。