锻造工艺学2.ppt

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1、材料科学与工程学院第二章锻造用原材料及下料方法一、分类锻造用原材料的分类：钢锭和型材C％低于0.25%——低碳钢C％在0.25%～0.6%——中碳钢C％大于0.6%——高碳钢§2-1锻造用原材料二、冶炼1、冶炼的任务：化学成分，金属液体的纯净度，减少夹杂和气体的含量。2、主要方法：碱性平炉、酸性平炉、碱性电炉、双联法、真空冶炼法、电渣重熔法等。三、钢锭的内部结构钢锭是由冒口、锭身和底部组成。钢锭表层为细小等轴结晶区，向里为柱状结晶区，枝状结晶区，心部为粗大等轴结晶区。由金属学所学内容知，钢锭的内部缺陷主要集中在冒口、底部和中心

2、部分。其中冒口和底部作为废料应予切除。但冒口有补缩和容纳夹杂物、气体以纯净锭身的作用，因此应占钢锭的一定比例。冒口切除15％～20％。四、大型钢锭的主要缺陷钢锭的常见缺陷有：偏析、夹杂、气体、气泡、缩孔、疏松、裂纹和溅疤。这些缺陷的形成与冶炼、浇注和结晶过程紧密相关，并且不可避免。⑴偏析包括枝晶偏析（指钢锭在晶体范围内化学成分的不均匀性）和区域偏析（钢锭在宏观范围内的不均匀性）造成力学性能不均匀和裂纹缺陷。枝晶偏析现象可以通过锻造、再结晶、高温扩散和锻后热处理得到消除。区域偏析只有通过反复镦—拔变形工艺才能使其化学成分趋于均匀

3、化。⑵夹杂分为内在夹杂和外来夹杂内在夹杂指冶炼时产生的氧化物、硫化物、硅酸盐等非金属夹杂，外来夹杂是耐火材质、炉渣碎粒等。它破坏金属的连续性，夹杂处产生应力集中，引发显微裂纹，成为疲劳源，低熔点夹杂在晶界上分布易引起热脆现象。可见夹杂降低铸锭的锻造性能和锻后的力学性能。⑶气体常见的残存气体是氧、氮、氢等。氢是钢中危害最大的气体。对于白点敏感钢，当氢含量达到一定数值后，冷却时易产生白点缺陷。氢含量高还会引起氢脆现象，钢的塑性显著下降。只要气泡不是敞开的或气泡内壁没有被氧化，通过锻造可以焊合，但皮下气泡常常容易引起裂纹。⑷缩孔和疏

4、松缩孔在冒口区，由于冷却时钢液补充不足而形成，含有大量杂质，必须将缩孔与冒口一起切除。疏松集中在中心部位，降低组织的致密度，破坏了金属的连续性，锻造时用大变形才能消除。⑸溅疤当采用上注法浇注时，钢液将冲击钢锭模底而飞溅至模壁上，溅珠和钢锭不能凝为一体，在钢锭表面形成溅疤。锻前应铲除，否则会在锻件上形成夹层。一般来说，钢锭越大，产生上述缺陷的可能性就越大，缺陷性质就越严重。五、型材的常见缺陷1、表面缺陷：⑴划痕轧制中的意外原因在其表面划出伤痕，深度达0.2~0.5mm，会影响锻件的质量⑵折迭已氧化的表层金属被压入金属内部而形成折

5、迭，折缝内有氧化物而不能锻合。在折迭处易产生应力集中，影响锻件质量。⑶发裂钢锭皮下气泡被轧扁、拉长、破裂形成发状裂纹，深度约为0.5~1.5mm。在高碳钢和合金钢中易产生此缺陷⑷结疤浇注时，钢液飞溅而凝固在钢锭表面，轧制过程中被轧成薄膜而附于轧材表面，其深度约为1.5mm。⑸粗晶环铝合金、镁合金挤压棒材，在其圆断面的外层区域，常出现粗大晶粒，称为粗晶环。主要原因为挤压时金属与挤压筒间摩擦太大而形成的死区。锻造时易开裂，或留在锻件表层降低锻件性能。因此，锻前应将粗晶环切除。2、材料内部缺陷：⑹碳化物偏析在高碳合金钢中易产生。原因

6、是碳化物在开坯和轧制时未被打碎和不均匀分布造成的。碳化物偏析容易引起锻件开裂等。消除碳化物偏析，其最有效的办法是采用反复镦—拔工艺，彻底打碎碳化物并均匀分布。⑺非金属夹杂夹杂物被轧成带状，破坏金属的连续性，严重时，会引起锻件开裂。⑻白点隐藏在锻坯内部，在纵向断口上呈圆形或椭圆形的银白色斑点，在横向断口上呈细小裂纹，显著降低钢的韧性。白点的大小不一，长度为1~20mm不等或更长。其原因是钢中氢含量太高和各种内应力共同作用下产生的。当钢中氢含量较多和热加工后冷却太快时容易产生白点。存在白点的金属必须切除，不能再使用。总之表面缺陷，

7、锻前应去除，以免影响锻件质量。内部缺陷，严重时不应投入生产。§2-2下料方法在加热和锻造之前，将原材料切成所需长度或所需几何尺寸的工序，称为下料。大铸锭下料属于自由锻的任务，通常用自由锻方法进行开坯，然后将锭料两端切除，并按一定尺寸将坯料分割开来。其它材料的下料工作，一般都在锻造车间的下料工段进行。常用的下料方法有：剪切、冷折、锯切、车削、砂轮切割、剁断及特殊精密下料等。各种下料方法都有其特点，它们的毛坯质量、材料利用率、加工效率等往往有很大不同。选用何种方法，应视材料性质、尺寸大小、批量和对下料质量的要求而定。一、剪切法1.

8、剪切下料的特点：生产率高、操作简单，断口无金属损耗、工具简单，模具费用低等；但端面质量较冲床下料和切削加工方法下料差。适用于成批大量生产，被普遍采用。2.剪切过程是通过上下两刀片作用给坯料以一定压力F，在坯料内产生弯曲和拉伸变形，当应力超过材料的剪切强度时发生断裂。剪切三阶段