加热和锻后热处理

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1、加热和锻后热处理一加热工艺分析加热工艺通常包括装炉温度、升温速度、均热控制、保温时间。比较主要的是最高加热温度控制、均温及允许的温度场不均匀控制和“温度头”（即最高炉温和锻件表面的温差，也叫“过热度”）控制。1.温度应力坯料在加热时，其表面和中心部位之间存在温度差引起不均匀膨胀，使表面受到压应力，中心部位受到拉应力。这种由于温度不均匀而产生的内应力叫温度应力。温度应力的大小与钢的性质和断面温度有关。一般只有钢料出现温度梯度并处在弹性状态时，才会产生较大的温度应力并引起裂纹。钢在温度低于500～550℃时处在弹性状态，因此低于这个温度范围时，须考虑温度应力的影响。当温度超

2、过500～550℃时，钢的塑性比较好，变形抗力较低，通过局部塑性变形可以使温度应力消除或减少。2.装炉温度通常装炉温度高低对小截面、低碳低合金坯料影响不大，而对中高碳或多组元合金钢（尤其是未压过的钢锭等铸态组织的零件）则影响很大，因为钢锭等铸态组织及多组元合金钢导热性差，过高的装炉温度将给加热件带来较大的附加应力，严重的可使高合金钢中心开裂。另外，因生产条件限制，大多数热送钢锭的生产、送达有一个较长的时间段，在这段时间的待料中，炉温实际上给钢锭一个由表及里的热传导过程，减少了内外层温度差，即减小了热应力差异，并给后续升温提供了一个快速升温的基本条件。装炉温度可根据温度应

3、力和钢料最大允许温差（∆t）来确定，∆t可根据下式计算。∆t=1.4[σ]/αE式中[σ]为相应温度下的抗拉极限（MPa）；-1α为相应温度下的线膨胀系数（℃）E为弹性模量（MPa）由上式得出的最大允许温差，再按不同热阻条件下最大允许温差与允许装炉温度的理论计算曲线（见图1），确定出允许装炉温度。这个结果一般偏小，还要在实际工作中加以修正。钢锭加热的装炉温度及在此温度下保温的时间见图2。图1圆坯允许装炉温度和最大允许温差关系（R：加热件半径（m）λ：导热系数（m·h·℃/J））3加热速度加热时经常用到“尽速”、“尽功率”升温的要求，这是指按炉子所能提供的最大升温能力来升

4、温。另外也有限制升温速度的标记，如“≤70℃/h”，指的是保证加热件的热应力不超过它所能承受的极限值的安全升温速度。它主要取决于加热过程中产生的热应力，而热应力的大小又与金属的热扩散率、热容量、线膨胀系数、高温力学性能和加热件形状尺寸有关。圆柱坯料允许的加热速度[υ]通常用下式计算。2[υ]=5.6k[σ]/αER2式中k为热扩散率（m/h）,与导热系数λ、比热容c、密度ρ有关，即k=λ/cρ-1[σ]为相应温度下的抗拉强度（MPa）α为相应温度下的线膨胀系数（℃）E为弹性模量（MPa）R为加热件半径（m）由上式看出，金属的热扩散率（即导热系数）和强度极限越大，允许的加

5、热速度越大，而金属的直径越大、弹性模量和线膨胀系数越大，允许的加热速度越小。通常中低碳碳钢的热扩散率比中高合金钢大，虽然高温强度极限比合金钢低，但它产生的热应力相对较小，因此中低碳碳钢允许的加热速度比中高合金钢大。由于钢锭中组织差、有各种缺陷，钢锭的允许升温速度要比已经经过轧制或粗锻的坯料小。通常对已达到700℃的大多数Ⅰ、Ⅱ类钢的高温阶段升温实施尽速升温，这对节约能源、细化晶粒有利。图2钢锭加热的装炉温度及保温时间1—Ⅰ组冷锭的装炉温度2—Ⅱ组冷锭的装炉温度3—Ⅲ组冷锭的装炉温度4—热锭的装炉温度4.均热保温均热指的是当测温偶反映到仪表指示温度达到工艺规定的温度后，炉

6、子内部加热区的温度场均匀化和钢锭表面各处均匀化（即温色一致）。保温指的是这种表面均匀化向钢锭中心导热后达到内外温度一致的过程。均热时间和装炉量、装炉方式、控温作业方法和设备状态有关，它通常结合实测值和经验值确定。大锻件加热炉容积都很大，当钢锭或坯料装进这些炉子里后，加热件本体表面温度和炉侧或炉顶热电偶显示的炉内气温差距很大——加热件往往要很长时间才能达到通体表温和炉温一致（通常目测炉墙和加热件表面温色作判断），所以在大锻件加热时均温控制比一般小锻件要严得多。在许多重机厂加热工艺中锻造加热的均温时间常常被计入保温时间中；而在锻后热处理升温时常常单列开来，要求司炉人员按实际

7、情况目测加多点测温（包括接触式铠装偶）来控制。保温时间则大都与材料本身的导热等物化特性有关。它可直接在有关规范、标准中选取。对重要的、组元复杂的合金钢大钢锭实施A1线相变前的中间保温是多数大钢锭锻造加热的常用工艺。它可以减小温差、提高后续升温速度（而尽快通过两相区对细化奥氏体晶粒有利）、减少锻造温度下的保温时间等，但也会延长周期、少量加大能耗。在不考虑合金成分或碳化物等化合物扩散、不进行镦粗、强压等大压缩量锻造的前提下，保温应取“最小保温时间”，避免出现严重的粗晶、脱碳等质量缺陷，也加快周期、节约能源。如遇到设备故障无法及时修复而停锻检修