锻造工艺教学大纲及授课计划.doc

锻造工艺及工模具教学大纲(2009年03月16日，星期一：讲当天课程) 锻造，俗称“打铁”。锻造业发展历史悠久：早在2500多年前的春秋时期，锻造已用于制剑业。约在几百年前就有了驱动的落锤等锻造的机器。锻造的基本原理也早在1000多年前就有了比较完整的叙述。 锻造是机械制造重工业中最基础的特殊行业，锻造生产是机械制造工业中提供毛坯的主要途径之一。锻造生产的优越性在于：它不仅能获得金属零件的形状，还能改善金属的原来组织，提高金属的机械性能和物理性能。一般对于受力大的重要机械零件，大多采用锻造的方法制造。因此，锻造生产在国防工业、机床制造业、电力工业、交通运输业、农业、索具业、日常生活用品等占有非常重要的地位。第一章 概论1、金属材料的塑性加工金属材料的塑性加工是固态金属在外力作用下，通过其塑性变形而获得各种金属材料与锻压工件。日常生活中使用的锤子、斧头、菜刀、锄头、剪刀、小刀、钢丝钳等是合金工具钢通过锻造加工而成；拖拉机、收割机等农业机械上560多种零件也是锻压而成的；交通运输工业中汽车上80%的零件都是锻压而成、机车占60%、轮船上发动机曲轴/推力轴等主要零件都是锻造而成；电力工业发电机中主轴、透平叶轮、转子、护环、齿轮等均是锻造而成；机床制造工业中各种机床上的主轴、传动轴、齿轮、切削刀具等都由锻件制成；国防工业飞机上的锻压件重量占85%、坦克占70%、大炮/枪支上大部分零件也都是锻压而成；索具工业中吊钩、卸口、吊环、螺钉、螺帽等零件都是锻压而成。2、 金属材料的塑性加工类型及应用按成形原理不同分为：轧制、挤压、拉拔、锻造、冲压。轧制、挤压、拉拔用冶金材料工业、生产各种轧材、拔材及撑压材。钢厂生产的板材、方钢、圆钢、扁钢等钢材是辊轧生产而成(大规格圆钢为锻造生产而成)；铁丝、小规格圆钢是拉拔生产；建材螺纹钢为轧制生产而成。锻造、冲压用于机械制造工业、成形各种锻件与冲压件。如汽车发动机曲轴/连杆、底盘平衡轴/十字轴/差速器壳、转向系转向节/前轴等零件为锻件制造；车身覆盖件车门/车厢等零件是冲压生产而成。3、 机械锻造业中的锻造生产3.1按变形温度分热锻、冷锻、温锻。3.1.1热锻：将金属坯料加热到800以上，利用外力，通过工具或模具使金属坯料产生塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和内部组织的工件的一种压力加工方法。热锻是目前应用最多的一种锻造工艺，也是本课程讲授的主要内容。3.1.2冷锻：冷模锻、冷挤压、冷镦等塑性加工的统称。冷锻是对物料再结晶温度以下的成型加工，是在回复温度以下进行的锻造。生产中习惯把不加热毛坯进行的锻造称为冷锻。冷锻材料大都是室温下变形抗力较小、塑性较好的铝及部分合金、铜及部分合金、低碳钢、中碳钢、低合金结构钢。冷锻件表面质量好，尺寸精度高，能代替一些切削加工。冷锻能使金属强化，提高零件的强度。3.1.3温锻（等温锻造）： 温锻温挤加工的特点兼有冷锻压和热锻压的优点，其变形抗力要比冷锻压小得多，而坯料的温度又比热锻压低（相变温度以下），加工表面质量比热锻压要好得多。又因在这种温度下坯料的温度下降不明显，所以可在一台压力机上不经中间处理就可完成多种变形工序。 3.2按工作时所受作用力的成形特点分手工锻造和机器锻造两种3.2.1手工锻造（简称手锻）：用手锻工具依靠人力在铁砧上进行的。这种生产方式已有数千年历史，目前已逐渐 淘汰，仅用于零活和修理或初学者对基本操作的训练。在我国农村边远山区还存在利用手工自由锻生产农具，如锄头、镰刀、菜刀、錾子等。3.2.2机器锻造（简称机锻）：是现代锻造生产的主要方式，在各种锻造设备上进行。根据所用设备和工具的不同还可分为四类：自由锻、胎模锻、模锻、特种锻造。4、 自由锻、胎模锻和模锻概述4.1自由锻：自由锻造通常称自由锻，它是把加热好的金属坯料放在自由锻造设备的平砧之间或简单的工具之间进行锻造。由锻工来控制金属的变形方向，从而获得符合形状和尺寸要求的锻件。自由锻又可分为锤上自由锻和液压机上自由锻。4.2胎模锻：胎模锻造通常称胎模锻，是自由锻过度到模锻的变形方式。它是把加热好的金属坯料用自由锻方法预锻成近似锻件形状，然后在自由锻设备上用胎模终锻成型（形状简单的锻件可直接把坯料放在胎模内成型）。胎模是一种不固定在自由锻设备上，依靠平砧来传递力的单模膛模具。4.3模锻：模型锻造统称。把加热好的金属坯料放在固定于模锻设备上的模具进行锻造。由模膛控制限制金属的变形，从而获得与模膛形状一致的意见。模锻又可分为锤上模锻、压力机上模锻（热模锻压力机上模锻、摩擦压力机上模锻）。4.4特种锻造：是近代发展的新工艺，即装在专用设备上或特殊模具内使金属产生变形的一种特殊锻造工艺.一般锻造方法很难或无法得到的锻件可用特种锻造得到。如精密模锻、径向锻造、热挤压、辊锻、电热镦、平锻、楔横轧、摆辗、扩辗等。(2009年03月17日，星期二：)第二章 锻造用原材料及坯料准备1、钢及有色金属的分类和牌号1.1钢的分类 钢和铁都是以铁、碳为为主要成分的合金。它们是工业生产中应用最广的金属材料。钢与铁的区别在于含碳量的多少：（1）含碳量在0.02182.11%以内的铁碳合金为钢；（2）含碳量在2.11%以上的铁碳合金为铁，这里所说的铁是工业生产中用的铸铁（生铁-在炼钢炉熔炼所的产品）；（3）含碳量低于0.0218%的铁碳合金为工业纯铁。由于钢具有良好的机械性能，在高温下又有良好的塑性，因此锻造生产中得到广泛的应用。为了便于生产、选用及研究，有必要对钢加以分类和编号。1.1.1按化学成分分类 碳素钢和合金钢1.1.1.1碳素钢（碳钢） 是由生铁冶炼获得的合金。按其含碳量的多少分为：低碳钢（C0.25%）、中碳钢（0.25%C0.6%）、高碳钢（C0.6%）。1.1.1.2合金钢 冶炼时在碳素钢的基础上加入某些合金元素而的钢。合金元素可改善钢的机械性能、工艺性能和物理/化学性能。经常加入合金元素：Cr、Ni、Si、Mn、Al、W、Mo、V、Ti、Cu、B、Co、Nb(铌)等。按钢中合金元素总含量的多少可分为：低合金钢（合金元素5%）；中合金钢（合金元素510%）；高合金钢（合金元素10%）。1.1.2按质量分类 钢中的S、P含量使钢的性能变坏被称为有害元素。S、P含量多则钢的质量差。按S、P多少可分3类。1.1.2.1普通碳素钢 S0.05%，P0.045%1.1.2.2优质碳素钢 S0.35%，1.1.2.3高级优质碳素钢 S0.020%，P0.030%1.1.3按用途分类 3类1.1.3.1结构钢 用于制造机械零件和各种工程结构的钢。包括碳素结构钢和合金结构钢。一般为低碳钢和中碳钢1.1.3.2工具钢 用于制造刃具、模具、量具。包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢。含C量高，一般属于高碳钢。1.1.3.3特殊用途钢 具有特殊用途和物理、化学性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐酸钢、耐磨钢、磁钢等。1.2钢的牌号表示方法 汉语拼音、化学元素符号、阿拉伯数字的方法表示。1.2.1普通碳素结构钢的牌号表示方法牌号Q195Q215Q235Q255Q275等级-ABA、BCDAB-脱氧方法F、b、ZF、b、ZF、b、ZZTZZZQ钢材屈服点：“屈”汉语拼音首位字母235-屈服点值235MPaA、B、C、D-为质量等级F沸腾钢b半镇静钢Z镇静钢TZ特殊镇静钢的牌号表示方法1.2.2优质碳素钢结构钢 用2位数字表示，表示钢中平均含碳量的百万分之几。如45钢中平均含碳量为0.45%；对于Mn含量较高（0.70%1.00%）的优质碳素钢结构钢，应在数字后面加Mn元素。如50Mn1.2.3碳素工具钢的牌号表示方法用“碳“字汉语拼音首位字母“T”后面已数字表示。数字表示平均含碳量的千分之几。如T8表示平均碳量的质量分数为0.8%左右的碳素工具钢。用“高”字汉语拼音的第二个字母“A”加在数字后面表示高级优质碳素工具钢。如T10A。对于Mn的质量分数较高（0.40%0.60%）的碳素工具钢，应在数字后面加Mn元素。如T8Mn。1.2.4合金结构钢的牌号表示方法用平均碳量万分之几的2位数加合金元素符号及合金元素平均含量的百分数表示。当合金元素平均质量分数1.5%时，牌号中一般只标合金元素符号而不标含量。 对于高级优质钢应在钢号后面加A。如25Cr2MoVA表示平均碳的质量为分数为0.25左右，Cr的质量为分数在2%左右，Mo、V的质量为分数1.5%的高级优质合金结构钢。1.2.5合金工具钢的牌号表示方法用平均含碳量的千分之几的一位树加合金元素以及含合金元素的百分数表示（当合金元素的质量分数1.5%时，一般只标合金元素符号，不标含量）。当平均碳的质量分数1 %时，则碳含量不标出。合金工具钢都属于高级优质钢，故不在牌号后面加“A”。如3Cr2W8V表示平均碳的质量分数为0.3%，Cr的质量为分数在2%左右，Cr的质量为分数在8%左右，V的质量为分数在1.5%的合金工具钢。Cr12MoV平均碳的质量分数1 %，（1.45%1.7%），Cr的质量为分数在12%左右，Mo、V的质量为分数皆1.5%的合金工具钢。注：高速工具纲不论含碳量多少都不标出。如W18Cr4V，平均碳的质量分数1 %（0.7%0.8%），牌号中都不标出。1.2.6特殊性能合金钢的牌号表示方法1.2.6.1滚动轴承钢牌号 含碳量不标出。用“滚”汉语拼音首位字母“G”加合金元素符号以及合金元素平均含量的千分之几表示。如G Cr15SiMn表示Cr的质量分数在1.5%左右，Si、Mn的质量为分数皆在1%左右的滚动轴承钢。1.2.3.2不锈耐酸钢、耐热钢牌号表示方法与合金工具钢相似，但碳的质量分数0.03%及0.08%时，在钢号前面分别冠以00及0表示。如00 Cr15Ni10, 0Cr13等。碳素结构钢国家标准：GB/T699-1999合金结构钢国家标准：GB/T3077-19991.3有色金属锻造常用的有色金属：铜及其合金，铝及其合金，钛及其合金等。这些有色金属一般具有密度小、强度高、导电性和导热性及耐腐蚀性好等优点。因此广泛用于航空、电器、化学、机械等工业部门。1.3.1铜及其合金1.3.1.1铜 化学符号Cu，纯铜呈紫红色（紫铜），用铜汉语拼音首位字母“T”加顺序号表示。根据杂质含量多少，纯铜分为3级：T1、T2、T3，“T”字后面数字越大，表示含杂质越多，即纯度越低。1.3.1.2铜合金 黄铜、白铜、青铜黄铜：Cu和Zn的合金。黄铜分为普通黄铜（简称黄铜）和特殊黄铜2类。普通黄铜牌号用黄字汉语拼音首位字母“H”加平均含铜量的百分数表示，如H68；特殊黄铜是在普通黄铜的基础上加入其他合金元素，如Sn、Pb、Al、Mn、Fe、Si 等，如H Al59-3-2。白铜：指含有Ni和Co的合金。牌号用“白” 字汉语拼音首位字母“B”加Ni和Co含量的百分数表示。如B5、BZn15-20。青铜：除黄铜、白铜以外的铜合金。牌号用青字汉语拼音首位字母“Q”加第一个主添元素符号及除基元素铜外的成分数字组表示（百分数）。如Q Al10-3-1.5。1.3.2铝及其合金1.3.2.1工业纯铝 牌号用铝字汉语拼音首位字母“L”加顺序号表示，如L1、L2、L3、L4、L5、L6。当铝的质量分数在99.85以上为高纯度铝，如LG5、LG4、LG3、LG2、LG1。1.3.2.2铝合金 在铝中加入Cu、Mn、Zn、Mg、Si等合金元素。，按性能分为LF（防锈铝合金）、LY（硬铝合金）、LD（锻造铝合金）、LC（超硬铝合金）等。1.3.3钛及其合金1.3.3.1工业纯钛 用汉语拼音字母“T”字加表示合金和合金组织的字母（A、B、C分别表示型、型、+型钛合金）及顺序号表示。TA1、TA2、TA3等。1.3.2.2钛合金 在Ti中加入Al、Mo、V、Mn、Cu、Si、Fe、Sn和锆等不同性质的钛合金。分3类：型钛合金、型钛合金、+型钛合金。(2009年03月18日，星期三：)2、锻造用原材料2.1锻造用钢 锻造用钢料是钢锭和钢坯。锻造大型锻件主要用钢锭，锻造中、小型锻件一般采用钢坯。2.2.1钢锭 将冶炼好的钢液在一定温度下注入钢锭模冷却凝固而成。三部分组成：冒口（钢锭头部）、水口（钢锭尾部）、锭身（中间部分）。（P7180）A、C素钢锻件：冒口切除1825%;水口切除5%7%B、合金钢锻件：冒口切除2530%;水口切除7%10%钢锭内部缺陷：偏析（树枝偏析和区域偏析）、夹杂、气体、缩孔、疏松、穿晶；钢锭外部缺陷：裂纹、溅疤等。2.1.2钢坯 钢坯是将钢锭经过轧制和锻造而成的坯料。钢坯有锻坯和轧制2种。钢坯缺陷：裂纹、重皮、折叠、缩孔残余、白点等。2.2锻造用有色金属 （本章见1.3节）3、锻造用原材料的准备3.1锻造材料的管理 锻造用材料在下料前和下料后都应该按照材料牌号和熔炼炉号分别堆放和保管,以防混料造成产品报废。3.1.1涂色法 将不同的材料按其品种分别在端面涂以不同的颜色，以资区别，这是常用的方法。3.1.2标签法 将材料牌号和炉号用钢印打印在薄铁皮上，并用铁丝牢固的拴在材料上。3.1.3打印记法 将材料牌号和炉号用钢印打印在材料上或用白漆写在材料上。3.2锻造材料表面缺陷清理 清理好凹槽宽高比应大于5。3.2.1风铲清理 3.2.2火焰切割与清理3.2.3磨削清理 表面要求较高的清理方法。3.2.3剥皮清理 适宜有裂纹、发纹和粗晶环缺陷的铝合金、钛合金、和铜合金和不锈钢等材料。3.3材料化学成分和机械性能复验（GB/T3077 GB/T699）3.3.1材料化学成分复验 （定性分析-光谱仪 定量分析有实测法和机器测量）3.3.2材料机械性能复验（强度、塑性、硬度、韧性）4、下料4.1下料设备：园盘剧、弓形距、带距、剪床、砂轮切割4.2下料方法： 锯切、剪切、冷折下料、砂轮切割、火焰切割、阳极切割等4.3下料工艺（下料守则/下料作业指导书）（省）5、节约原材料的途径 （P.86） 5.1定倍尺定货5.2套产品下料5.3采用先进的可靠的工艺和正确的操作方法,保证锻件质量,锻造时注意质量（提高操作水平/技能），减少废品损失。（这是最大的节约）5.4正确计算锻件重量和选择坯料尺寸，避免不必要的浪费。5.5采用少无切削加工锻造方法(胎模锻、模锻、精密模锻等)，减少材料浪费。5.6采用材料消耗小的下料方法,减少下料损失.5.7在保证锻件质量的前提下,尽量提高钢锭的利用率.5.8 6材料计算6.1算料的公式 G（Kg）=(g/cm3 )V(cm3)6.2计算尺计算6.3料盘算料(2009年03月19日，星期四：)第三章 金属的性能1、物理性能1.1密度：金属单位体积的质量 (kg/ m3)=m(kg)/v(m3)金属名称银铜铝镁钨镍铁锡铬钛锰符号Ag CuAlMgWNiFeSnCrTiMn密度（20）10.4910008.9610002.710001.74100019.310004.510007.8710007.310007.1910004.50810007.4310001.2熔点 金属由固态熔化成液态的温度-固态和液态共存的温度。（金属的凝固点=熔点）（纯铁：1538）难熔金属：熔点700的金属；W、Mo、V易熔金属：熔点700的金属；Sn、Pb、Bi1.3导热性 金属传导热量的性能。导热性能最好的AgCuAl.如热交换器散热器活塞等选用导热好的金属.1.4热膨胀性 金属热胀冷缩的性能.用途:(1)热态测量锻件尺寸;(2)胎模模具模膛等锻模考虑热收率(或热膨胀)的影响;(3)铺设钢轨,两轨接头处留间隙;金属切削加工要考虑热膨胀不同影响测量误差.(4)架设电线要考虑电线热膨胀等.1.5导电性金属传导电流的性能.几乎所有的金属都导电,导电性能最好的AgCuAl.用途: 导电性能好的可为电器材料,如Cu电缆 Al电缆插座等.1.6磁性 金属能导磁性能.铁的居里点为770-失去磁性种类:铁磁性材料(FeCo等);顺磁性材料(Mn Cr等);抗磁性材料(CuZn等).用途: (1)铁磁性材料可做变压器电动机测量仪;(2)切削加工可做磁铁架固定百分表千分表和划针等-调整和测量工件;(3)用磨削加工时-磁性工作台固定被加工的零件(磨床);(4)磁性吸盘吊运钢锭和废钢及货物等);2、金属的力学性能（机械性能） 国家标准拉力试样直径： R3（15）、R4（10）、R5（8）、R6（6）、R7（5）等效拉力试样：（3）2.1强度 金属材料在外力作用下抵抗断裂和变形的能力。根据外力性质分类：抗拉b、屈服s（0.2）、弯曲等。（1）抗拉b： 金属材料在断裂前所能承受的最大应力(金属材料在外加载荷的作用下开始产生破裂时的强度)。b=Fb/A0（2）屈服s（0.2）：金属材料在外加载荷的作用下出现屈服时的强度。s（0.2）=Fs/ A0（3）弯曲等：金属材料在外加载荷的作用下出现弯曲断裂和变形的能力时的强度。2.2塑性 金属材料在外加载荷的作用下产生永久变形而不破裂的能力。采用延伸率（伸长率）、断面收缩率表示%、%,是衡量金属塑性好坏的主要指标，其值越大，其金属的塑性越好。（1）伸长率： %=（L1-L0）/L0X100% 标距10=L0/d0=10和5=L0/d0=5 （同一种材料的短试样断后伸长率比长试样大）（2）断面收缩率：%=（F0-F1）/F0X100% 2.3硬度 金属材料表面抵抗硬物压入的能力（金属材料抵抗局部变形、压痕或划痕的能力），是衡量材料软硬程度的指标。根据试验方法不同分为主要分为3种：压入硬度试验法、划痕硬度试验法和回跳硬度试验法。工业广泛采用压入硬度试验法：在规定的静态试验载荷下将压头压入材料表面，用压痕深度或压痕表面面积来评定的硬度。工业生产中：布氏硬度（HB ）、洛氏硬度（HRC）、维氏硬度（HV）表示。（1）布氏硬度（HB ）：布氏硬度计测量A、试验原理：在布氏硬度机上以一个一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入被测表面，保持规定时间后卸除试验力，用测量仪器测量表面压痕直径来计算硬度的一种试验。B、表示方法：120HB10/1000/30 500HB5/750（1015 S不标注）（压痕直径越小，硬度值越大，材料越硬，反之材料硬度越低）C、试验条件选择：压头球体直径、试验力、载荷保持时间、被测材料种类、硬度、值的范围、和金属的厚度（2）洛氏硬度（HRC）：洛氏硬度硬度计测量A、原理：用一个顶角为120的金钢石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球为压头，在初始试验力和总试验力的作用下，压入被测金属表面，用测量残余压痕增量来计算硬度的一种方法。B、表示方法：根据载荷不同，表示方法有HRC（通常）、HRB、HRA。HRC4045/HRC4247 （硬度值越大，材料越硬，反之材料硬度越低）实际测试中，一般在不同部位测试多次，取平均值来代表材料硬度（3）维氏硬度（HV）：A、原理：与布氏同，只是利用相对夹角为136的金刚石正四锥体作为压头，以选定的力压入金属表面，经规定的载荷保持时间后卸除试验力，用仪器测量对角线长度来计算硬度。B、表示方法：664HV30特点：压入深度浅、试验离小。用途：测量镀层、表面渗C、渗N的硬度和较小的、薄的零件。P11：黑色金属硬度及强度换算表2.4韧性 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力（冲击韧性/度）。冲击功表示k=A k/F。A、试验方法：金属夏比冲击试验可测定金属的冲击韧性/度标准试样：U形缺口；V形缺口B、用途：结构钢材料，对于脆性材料（铸铁）以及塑性很大的材料（Cu、低C钢不宜做次试验。2.5疲劳 疲劳现象：许多机械零件（齿轮、轴等）在循环应力和交变应力作用下，经过长时间的工作产生裂纹或发生完全断裂的过程，称为金属的疲劳现象-疲劳。疲劳破坏特征：裂纹源、扩散区、断裂区特征。80%以上是由于疲劳引起的。原因：由于材料表面或内部缺陷，如划痕，尖角、夹杂、气孔等地方局部应力大于s，从而产生局部塑性变形而导致开裂，以致突然断裂。疲劳强度（疲劳极限）：金属材料在无限次重复的交变载荷作用下不致断裂的最大应力。3、金属的工艺性能3.1铸造性能 金属材料能够铸成铸件的能力。铸铁金属流动性、收缩性比钢好，铸造性能比钢好。3.2锻造性能（可锻性） 金属材料接受锻压加工的能力。3.3焊接性能 金属材料接受焊接加工的能力。（低C钢的焊接性能好）3.4切削性能 金属材料承受切削加工的能力。方法：车削、铣削、刨销、磨削等。4、金属的结晶与晶体构造4.1金属的结晶 高温的金属液体冷却转变成固体的过程称为结晶（凝固）。实践证明：晶粒粗大，则其强度、韧性较差；晶粒细小，则其强度、韧性较高。4.2金属的构造 晶体内部原子的排列状况。 3种：体心立方晶格；面心立方晶格；密排立方晶格。5、Fe-C合金状态图 5.1钢的合金组织 铁素体（F）它的塑性和韧性很高，但强度和硬度很低；渗碳体（Cm）-它具有很高的硬度和脆性，塑性极差；珠光体（P）-它具有较高的强度，同时有较好的塑性和韧性；奥氏体（A）-它存在于727以上的高温区间，具有较低的强度和硬度，以及很好的塑性。5.2 Fe-C合金状态图中点和线的意义（只介绍钢）5.2.1主要线和点的意义AC线-液态线，合金溶液冷却到此线时开始结晶，此线以上为液态区。AE线-固态线，合金溶液冷却到此线时结晶完毕，此线以下为固态区。GS线-GS线（A3线），奥氏体冷却到此线时，开始析出铁素体。ES线-Acm线，奥氏体冷却到此线时，开始析出渗碳体。PK线-共析线（A1线），各种成分的合金冷却到此线时，其中的奥氏体转变为珠光体S点-共析点，含C量为0.8%奥氏体冷却到此点时，分解成珠光体。5.2.2 Fe-C合金状态图(只介绍钢)各区域的物理意义ACE-液态合金+奥氏体 区域AESG-奥氏体 区域GSP-奥氏体+铁素体 区域ESK-奥氏体+渗碳体 区域GPQ-铁素体区域PKLQ-含C量=0.8%时为珠光体；含C量0.8%时为铁素体+珠光体；含C量0.8%时为渗碳体+珠光体5.3 Fe-C合金组织的转变5.3.1共析钢的组织转变 含C量=0.8%的钢，T8。-珠光体（P）(室温)5.3.2亚共析钢的组织转变 含C量0.8%的钢，45。-F+P (室温)5.3.3过共析钢的组织转变 含C量0.8%的钢，T12。-渗碳体+珠光体 (室温)Fe-C合金状态图用途：1、作为正确选用钢材的依据（P.34）(1)建筑钢材/各种型材需要塑性韧性高-选F组织多 0.6%高C钢2、作为制定热加工工艺的依据（P.35）(1)铸造合适的浇铸温度在液相线以上50100;(2)锻造/轧制温度多选择在A组织范围内加工.(3)热处理方法不同,选择加热温度.5.4钢的含碳量对机械性能的影响低C钢的强度和硬度都比较低，而塑性和韧性则很高，因为其结晶组织中大多数是F素体；随着含C量的增加，F素体减少，P光体增加，钢的塑性和韧性下降，强度和硬度直线上升。含C量的增加到0.9%时，钢的组织中大部分为P，伴有硬而脆的渗碳体，从而使钢的强调达到最高值。含C量再增加，渗碳体再增加，因此，只有硬度增加，强度、塑性、韧性一起下降。影响钢的使用性能，锻造加工困难。(2009年03月20日，星期五：)6、钢的热处理 钢在固态下加热到一定温度，进行必要的保温，然后以适当的冷却速度降到室温,从而获得所需要的组织结构和性能的工艺过程。 制定热处理工艺的三个基本参数：加热温度、保温时间、和冷却速度。热处理分2类：普通热处理（退火、正火、淬火、回火）；表面热处理（镀Cr、镀Zn、镀Cu等）6.1钢的退火和正火6.1.1退火 工件加热到一定温度，经过保温后，随后采用缓慢冷却的热处理工艺。退火的目的：（1）、降低硬度，以利于切削加工；（2）、细化晶粒，改善组织，提高机械性能；（3）、消除内应力，并为下一道淬火工艺作准备；（4）、提高钢的塑性和韧性，便于进行冷冲压加工。退火的种类：（1）、完全退火 工件加热到A3线以上2030，经保温随炉冷却的工艺方法。（2）、球化退火 工件加热到A1线以上2030，经保温以极慢的速度冷却的工艺方法。（3）、去应力退火 工件加热到500600，经保温后，随炉冷却到200300的工艺方法。6.1.2正火 工件加热到A3线Acm 线3050以上，经保温后，在空气中冷却的工艺方法。；目的：（1）、提高机械性能；（2）、改善切削加工性能；（3）、为淬火作准备。6.2钢的淬火和回火6.2.1淬火 工件加热到A3线A1 线以上3050，经保温(目的:钢件热透)快速冷却(目的:获得马氏体和贝氏体)的工艺方法。(组织:马氏体和贝氏体)1.目的：提高零件的硬度和增加耐磨性(把A钢淬成马氏体和贝氏体)。淬火后应及时回火，越短越好。2.控制淬火时的冷却速度：不同的淬火冷却介质，盐水最快；油最慢；冷水介于盐和油之间。（PAG水溶性介质：UCON、好富顿介质等）一般中、高C钢:采用冷水作介质;合金钢: 用油作介质（PAG水溶性介质浓度用仪器可检测）。介质温度:A.水为2050; B.油为2080; PAG水溶性介质为60.3.淬火缺陷:工件变形和开裂(淬火速度过快,工件体积收缩及组织转变都很剧烈).4.防止措施:在过冷A最不稳定的温度区间快速冷却,在稳定的温度区间缓慢冷却-既实现马氏体转变又尽可能的减少了工件变形和开裂.5.方法:(1)单介质淬火(2)双介质淬火(3)马氏体分级淬火(4)贝氏体等温淬火6.淬透性与淬硬性(1) 淬透性 决定钢材淬硬层深度和硬度分布的特性.(对钢材合理选用和热处理工艺编制有重要意义)(2) 淬硬性 在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力.他主要取决于钢的含C量.(用合理淬火后所能达到的最高硬度值来衡量)注意: 淬透性好的钢,他的淬硬性不一定高. 淬透性反映了钢在淬火时获得马氏体的难易程度. 淬透性好的钢,可以选择冷却能力弱的介质淬火,可以获得较大的淬硬深度.(低C钢淬火最高硬度值低,淬硬性差;高C钢淬火最高硬度值高,淬硬性好)6.2.2回火 将淬火后的工件加热到A1线之下的一定温度，经保温后在空气中冷却到室温的工艺方法。目的：消除淬火室因冷却过快而产生的内应力，降低钢的脆性，调整钢的结晶组织。3类：（1）、低温回火加热温度为150250。可提高工件的硬度和耐磨性。HRC5562，主要用于高C钢制作的刀具、模具、量具、滚动轴承等。（2）、中温回火加热温度为350500。HRC3545。主要用于各种弹簧钢及强度要求较高的零件。如刀杆、轴套等。（3）、高温回火 加热温度为500650。HRC2335。可提高工件的综合机械性能（强度、塑性、韧性都比较适当）。调质：淬火后进行高温回火的热处理方法。用于受力情况复杂的重要零件，如轴类、齿轮和连杆等。(2009年03月23日，星期一：)第四章 锻造加热一、加热对钢的影响1.1加热对钢组织的影响 加热时钢的组织转变基本上是冷却时的逆过程.1、组织的转变 亚共析钢：由室温下的F素体+P转变成F素体+奥氏体,再转变为单一的奥氏体;共析钢：由室温下的P转变成单一奥氏体;过共析钢： 由室温下的渗C体+P转变为渗C体+奥氏体2. 奥氏体晶粒长大国家标准规定为标准晶粒：（1）13级为粗晶粒；（2）46级为中等晶粒；（3）78级为细晶粒。各种金属结晶后奥氏体晶粒与标准晶粒比较来确定。亚共析钢、共析钢、过共析钢加热到最后都得到单一的奥氏体组织（A）。加热的目的：得到均匀的奥氏体组织（A）-较低的强度和硬度、很好的塑性。（有助锻造成型）如果加热温度过高/保温时间过长，奥氏体（A）晶粒就会长大，因为高温下奥氏体晶粒大小直接会影响室温时钢的奥氏体晶粒大小，因此，必须重视钢在加热时奥氏体晶粒长大情况。防止方法：加热时尽量缩短钢在高温下的停留时间。1.2加热对钢机械性能的影响通常是：经加热后钢的强度、硬度下降，塑性越高。加热温度越高，钢的强度、硬度越低。但钢在加热过程中，机械性能不是均匀变化的：（1）当加热到200400，强度达到最大值，塑性最低-蓝脆区；（2）随着加热温度的上升，硬度不断下降，塑性则增加；（3）当加热温度达到1000以上，各种钢的塑性差别不大,都具有较大的伸长率；（4）当温度接近熔点时，塑性又会急剧下降。1.3加热对钢的导热性及外形尺寸的影响1.3.1导热性影响导热性：钢在加热和冷却时，内部传导热量的能力。影响：与材料成分和加热温度有关（1）有色金属及其合金随温度升高而导热性增大；（2）C钢在800850以前随温度的升高而减少；850以后变化不大（约有升高）。（3）合金钢随着温度的升高约有变化。对于含Cr/Ni高合金钢来说随着温度的升高而增加。1.3.2外形尺寸的影响 （金属及其合金具有热胀冷缩的性质。）钢在加热时随着温度的升高体积膨胀，线性尺寸伸长；冷却过程中体积收缩，线性尺寸缩短。锻件在高温下停锻时测定的锻件尺寸必须考虑到冷却后的收缩量，否则会造成锻件尺寸不够加工而报废。金属材料热胀冷却程度与材料种类和温度有关：金属名称一般钢材奥氏体不锈钢铝合金镁合金铜合金钛合金收缩率(%)0.81.51.51.70.910.81.20.8举例：P107二、加热时的缺陷及其防止方法2.1氧化钢在加热过程中表层的铁与炉气中的氧化性气体（O2、CO2、H2O、SO2）发生化学反应，使坯料表面产生氧化铁（氧化皮）-这种现象为氧化。（火耗损失）氧化皮组成：Feo(里)、Fe3O4(中)、Fe2O3(外)。氧化皮缺点：锻件表面质量差；锻模磨损快；炉子寿命低；钢材火耗大。防止：(1)、快速加热（在保证加热质量的前题下），缩短加热时间，尤其是高温阶段的停留时；(2)、应尽量采用勤装、少装，适时出炉的操作方法；(3)、在燃料完全燃烧的条件下，尽可能减少过剩空气量，以免炉内剩余空气太多；(4)、注意减少燃料中的水分；(5)、炉膛应保持不大的正压力，防止空气吸入炉膛。2.2脱碳 钢表面C分减少或降低的现象。（C+ O2，C+ H2生成CO和C H4）而被烧掉。危害：(1)、锻造过程中容易出现龟裂；(2)、脱C厚度大于机械加工余量会影响锻件的质量。（表面含C量降低，表面硬度、强度、和耐磨性降低，可能会引起零件的过早断裂）。举例：山花汽车弯臂断裂人员伤亡事故、9座中巴客车左右端断裂坠毁（现场亲历）。防止：(1)、快速加热；(2)、加热前在金属表面涂上保护涂层；(3)、缩短高温阶段的加热时间，对加热好的坯料尽快出炉锻造。补救：渗C。2.3过热 钢料加热时超过某一温度（临界长大温度）/或高温下保温时间过长，而引起奥氏体晶粒显著粗化（超过某一级晶粒度）的现象。危害：奥氏体晶粒粗大直接导致锻件（或热处理后的锻件）的晶粒比正常粗大，降低了锻件的机械性能。防止：（1）严格控制加热温度和时间，特别是高温下停留时间。（2）使用控温仪表或测温仪要灵敏可靠。（3）遇锻压设备和加热炉发生故障：A、降低炉温或保温；B、关闭加热炉；C、将热坯料从炉子中掏出。补救（不稳定过热-单纯原高温A晶粒粗大而形成的）：（1）允许再次锻造（保证有足够的变形量）；（2）采用热处理（正火/调质）细化晶粒注意（不稳定过热-除纯原高温A晶粒粗大而形成的以外，还有其他过热组织）：合金钢、C钢以及有些钢种如高Cr、Ni奥氏体钢等产生稳定过热不能用一般热处理方法消除。2.4过烧 钢加热到接近熔化的温度，并在该温度下长时间停留，由于氧化性气体渗入到晶界，同晶界物质（Fe、C、S）发生氧化形成易熔共晶体氧化物，破坏了晶粒间的联系，使钢完全失去塑性的现象。严重危害-致命加热缺陷：产品报废。防止：严格控制加热时的最高温度，一般应低于始熔线以下100200。补救：无可救药，重新回炉冶炼。2 .5内部裂纹加热速度过快，钢表面和心部温度差越大而引起的温度应力以及钢本身的残余应力、钢在加热时产生的组织应力的共同作用，都很有可能导致内部裂纹。危害：产品报废。防止：钢在低于500550才出现温度应力，须缓慢加热；高于550以上，进入塑性状态。（注意：在加热截面尺寸大的坯料和高合金钢其低温阶段必须缓慢加热）补救：无可救药，重新回炉冶炼。(2009年03月24日，星期二：)三、金属的锻造温度范围一般地说，锻造材料（主要指钢）在锻造前都需要加热到一定的温度。其目的主要是为了提高金属的塑性，降低变形抗力，以利于金属的变形和获得良好的锻后组织。 因此，加热工序是热锻工艺过程的一个最重要的环节。锻造特殊过程的确定是指最关键重要的热锻加热工艺过程规范的规定，在锻造过程中需要认真遵守和重点控制。 3.1始锻温度确定始锻温度-开始锻造时的温度：受过热/过烧的限制，一般应低于熔点100200（碳钢随含C量的增加而降低/150250；合金钢随含C量的增加而比碳钢降低得更多）；3.2终锻温度确定终锻温度-停止锻造时的温度：保证金属在停锻前具有足够的塑性，而在停锻后获得细小的再结晶组织。A、过高的终锻温度会使金属在冷却过程中晶粒继续长大，从而降低了锻件的机械性能和导致锻件形状、尺寸不合格；（举例曲轴123）B、过低的终锻温度则不能保证金属再结晶的完善性，就会使锻件留有残余应力甚至形成开裂。（举例微车半轴）四、锻造的加热规范（加热工艺/守则/加热作业指导书）：（P107第六节钢的加热规范）1、定义：是指规定钢料从装炉开始到加热完了整个加热过程中各阶段的炉温随时间变化的关系炉温-时间的变化曲线（又称加热曲线）来表示。2、制定加热规范的原则：A、必须保证坯料在加热时不过热/过烧；B、坯料在最短的时间内达到始锻温度，并使烧损（氧化）/脱碳最少；C、保证坯料加热时不开裂：出炉时坯料断面芯表温差小（C素钢及低合金钢：50100；高合金钢40），这样，使锻造的热坯料在锻造过程中具有最好的可锻性（塑性高，变形抗力小），锻后有良好的内部组织。因此，制定加热规范，首先应确定锻造温度范围：始锻温度-终锻温度间的一段间隔，可以通过各种试验和分析其金相状态图的方法确定。3、确定锻造温度范围的原则：(P110表2-14/表2-15)A、要求钢在锻造温度范围内具有良好的塑性和较低的抗力；B、在锻造温度范围能获得细晶粒组织；C、锻造温度范围应尽可能宽一些，以减少加热火次，提高锻造生产率。碳钢锻造温度范围：400580；合金钢（特别是高合金钢）锻造温度范围：200300，锻造温度范围很窄，很难锻造。4、加热规范的内容：钢料装炉的炉温、低温和高温区的加热速度、保温阶段的保温时间、加热至始锻温度时的最高炉温以及所需的总加热时间。A、加热速度 单位时间内钢料表面温度升高的度数（/h）/或单位时间内钢料截面被热透的厚度（mm/min）。（加热速度越大，钢料内外层的温差越大-热应力越大，但加热时间短，氧化、脱碳少。）（P112）a、最大可能的加热速度：加热炉按最大供热能量升温时能达到的加热速度。b、钢料允许的加热速度：在钢料加热过程中不产生破坏裂纹的条件下所允许的加热速度。导热性好、强度极限大、截面尺寸小的钢料：加热速度越大。导热性差的钢料：高C钢、高合金钢、截面尺寸较大的钢料，加热速度越小。c、装炉方式：（装炉方式和装炉数量不同，影响加热时间和加热速度）、单个或几个坯料沿炉底长度方向顺序摆放；）、几个坯料并排放置，间距大于d/2；）、多个坯料并排放置；）、沿台车长度方向搭桥式排2、3排，上面空隙处再搭1排；）、分2层密放多个坯料。d、温度头：炉温与坯料所要求达到的加热温度之间的差值。（提高加热速度的基本方法：提高温度头。温度头越高，加热速度越快。）导热性好的钢料：温度头100150导热性差的钢料：温度头5080高温装炉以最大可能加热速度加热的钢料：温度头200250B、加热时间的确定 坯料从加热开始至加热到始锻温度时所需的时间-加热时间。加热到始锻温度后还需均热保温-均热保温时间。两者之和-总加热时间。a、均热保温时间：坯料表面加热到始锻温度时中心温度还较低，截面温差大，需通过均热保温来减少温差-提高塑性、有利锻造均匀变形。（C素钢及低合金钢出炉温差：50100；高合金钢出炉温差40），（p115,表2-16）b、加热时间：（影响因素：钢种、加热速度、钢料截面尺寸、炉子结构和装炉方式）室式炉：）半连续炉：经验公式 t=D（D：坯料直径或边长,单位：cm；t：加热时间，单位：h）钢种（钢的化学成分不同）（h/cm）（加热时间系数）C素结构钢 0.10.15一般合金结构钢0.150.2工具钢和高合金钢0.30.4）连续炉：）中频炉：5、钢锭的加热规范：（P119-表2-19/表2-20/表2-21/表2-22/表2-23/表2-24/表2-25）6、钢坯的加热规范：（P124-表2-26/表2-27/表2-28/表2-29）7、加热操作要求：(p.126)7.1加热前准备7.2装炉要求7.3加热要求(2009年03月25日，星期三：)五、锻造加热炉：a、中频感应加热炉（KGPS-可控硅/IGBT-电子电路）：（无氧化/少氧化加热）热模锻压力机上模锻主要采用的加热设备-加热氧化皮少，加热速度快（轴承内外圈锻造采用整体棒料加热，曲柄压力机热下料），可实现机械自动化。（因坯料氧化皮不容易去除，特别是热坯料上下面）b、室式炉（煤气/天然气）：螺旋压力机主要采用的加热设备（能源分布情况/锻件成本考虑），但采用中频感应加热炉也有很多。六、加热温度的测定方法（加热温度的监测与控制）a、光学高温计 （测量精度差，与实际温差大，基本上已淘汰）b、远红外测温仪（在线式可实现温度三分选机械自动化/手持式） c、热电偶高温计（接触式）d、目测温度:中级锻工要求在7001250范围内,其误差30.七、模锻前去除坯料的氧化皮 a镦粗去除热坯料表面氧化皮（适宜挤压、圆饼类等锻件成型前）。b压缩空气吹净热坯料表面氧化皮（适宜长轴等锻件成型前）。c专用工具/设备去除热坯料表面氧化皮（10kg以下锻件成型）。八|、模锻前模具的润滑与冷却模具在生产过程中要升温；锻件预/终锻完成后迅速脱模，因此模具的冷却与润滑非常重要。1、早期：木屑/糠壳、盐水、机油；2、中期：玻璃、油基石墨、水基石墨润滑剂；3、现代：无色环保型润滑剂-润滑、脱模、冷却、环保KO-2OO：环保：纯洁透明、无气味、无污染、不燃烧、不腐蚀、不导电、使用方便简捷；润滑、脱模、冷却。(2009年03月26日，星期四：)第五章 锤上自由锻造/液压机上自由锻造1、自由锻锤/液压机及锻造机械化(略)1.1锤/液压机的种类、工作原理、特点1.2锤/液压机上自由锻机械化2、自由锻造常用工具及热处理（p164表3-13）(1)钳子： 用来夹持、翻转、运送坯料和锻件的工具。A、锤上锻造操作钳子：圆口钳、方口钳、扁口钳、方钩钳、圆钩钳、大尖口钳、小尖口钳、圆尖口钳、抱钳、抬料钳、四爪钳B、简单自夹紧钳 用于搬动坯料和锻件。C、四爪吊钳 用于装出料和坯料及锻件的运输。（天车的与主钩和副钩配合）E、自动翻转吊钳 用于园饼形锻件的翻转和钢锭、钢坯的直立，也可运输用。使用与维护:a.经常检查钳子、链条，对磨损严重的应进行修复，有裂纹的必须更换；b.不能超负荷或超范围使用钳子。c.对不用的钳子应放在指定的位置，避免被重物堆压而变形。注意：锻打时掌钳者不得随意将坯料强行抬高或压低，否则坯料被打弯、还振痛手掌，可能还会“跳钳、脱钳”。(2)砧子砧块(平砧型砧