锻坯的加热和锻件的冷却

锻压材料应具有良好的塑性，以便加工中产生塑性变形时不被破坏。常用的锻造材料有钢、铜、铝及其合金等；常用的冲压材料有各种低碳钢板、铜板、铝板、皮革及有机玻璃板等。锻造用钢分为钢锭和钢坯两种。大中型锻件宜选用钢锭，小型锻件宜选用钢坯。钢坯是对钢锭经轧制或锻造而成的圆形或方形棒料，一般用剪切、锯割或氧气切割等方法截取所需的坯料。

一、锻坯的加热

（一）加热的目的和要求

锻造前要对金属坯料进行加热， 目的是为了提高金属的塑性和降低金属的变形抗力，以便提高其可锻性和锻后得到良好的组织及性能。

对金属坯料加热的要求是在坯料均匀热透的前提下，用最短的时间加热到锻造所需的温度，以减少金属的氧化和降低燃料的消耗。

（二）锻造温度范围

锻造温度范围是指坯料开始锻造的温度（始锻温度）和终止锻造的温度（终锻温度）之间的范围。始锻温度在保证不产生加热缺陷的前提下应尽可能取高些；终锻温度在保证坯料有足够塑性的前提下应尽可能定低些。这样便于扩大锻造温度范围，以减少加热次数，提高锻件质量。常用材料的锻造温度范围如表3-1所示。

表3-1　常用材料的锻造温度范围

锻造时的加热温度可用仪表（热电高温计或光学高温计）测量或用自动检测调控炉温等方法来控制。但一般锻钢件的锻造温度范围大，现场多用观察火色的方法来大致判断。锻钢加热温度与其火色的关系如表3-2所示。

表3-2　锻钢加热温度与其火色的关系

（三）钢的加热缺陷

钢在锻压加热过程中，表层的铁和碳与炉气中的氧化性气体发生化学反应，形成氧化皮和脱碳层。若加热温度过高，还会产生过热、过烧及裂纹等缺陷。钢常见的加热缺陷如表3-3所示。

表3-3　钢常见的加热缺陷

（四）加热设备

按所用能源和形式的不同，锻造加热设备主要分为火焰加热炉和电加热炉两大类。

1.火焰加热炉

常用的火焰加热炉有利用煤、焦碳为燃料的手锻炉及反射炉和利用重油、柴油、煤气及天然气作为燃料的室式炉，它们均通过热能辐射、传导和对流形式来加热锻坯。

手锻炉（如图3-1所示）采用烟煤或焦碳为燃料，坯料堆放在燃料上直接加热。其特点是结构简单、使用方便，但热效率低，加热不均匀，生产效率不高，一般适用于小型锻件的单件小批手工锻或小型空气锤自由锻的生产。

室式重油炉（如图3-2所示）采用重油为燃料。重油与压缩空气分别进入喷嘴，压缩空气从喷嘴喷出时，将重油带出，在喷嘴口附近混合雾化后，喷入炉膛进行燃烧。调节重油及空气流量，便可调整炉膛的燃烧温度。其特点是加热较迅速，加热质量一般，适用于大型单件或成批中小锻件的生产。

图3-1　手锻炉

1－灰坑；2－火钩槽；3－鼓风机；4－炉蓖；5－后炉门；6－烟囱。

图3-2　室式重油炉

2.电加热炉

电加热炉是先进的加热方法，主要有箱式电阻炉和中频、工频感应炉。

箱式电阻炉（如图3-3所示）是利用电热元件产生热量，间接加热金属的。其特点是加热温度、炉气成分易控制，加热质量好，结构简单，适用于中小型单件或成批且加热质量要求高的锻件。

感应炉（如图3-4所示）是用交流电通过感应线圈而产生交变磁场，使置于线圈中的坯料内部产生交变涡流而升温加热的。其特点是加热迅速、效率高、加热质量好、温度控制准确，便于和锻压设备组成生产线以实现机械化、 自动化，适用于大批质量要求高的特定形状锻件的生产。

图3-3　箱式电阻炉

图3-4　感应炉

二、锻件的冷却

锻件的冷却是指锻件从终锻温度冷却到室温。为获得一定力学性能的合格锻件，应采取不同的冷却方式。锻件常用的冷却方式有空冷、坑冷和炉冷。

空冷是锻件锻后堆放在干燥的地面上冷却。其特点是冷速快、晶粒细化，适用于中小型低、中碳钢及低合金结构钢的锻件。

坑冷是锻件锻后放到填满砂子、石灰或炉渣等绝缘材料的地坑或铁箱中冷却。一般先空冷至650℃～700℃后再置于坑中。其特点是冷却速度可以调节，适用于大中型高碳钢、合金工具钢及碳素工具钢的锻件。

炉冷是锻件锻后直接置于500℃～700℃的炉中，随炉缓冷。其特点是冷却速度极慢，适用于大型高合金钢、特殊钢及形状复杂的锻件。

锻件的碳及合金元素含量越高，体积越大，形状越复杂，冷却速度应越缓慢。坑冷和炉冷的锻件硬度较低，易于切削加工。