锻造工艺学第二章锻造用原材料及下料方法ppt课件

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1、资料科学与工程学院第二章第二章 锻造用原资料及下料方法锻造用原资料及下料方法 Seite 2一、分类一、分类锻造用原资料的分类：钢锭和型材锻造用原资料的分类：钢锭和型材C低于低于0.25%低碳钢低碳钢C在在0.25%0.6%中碳钢中碳钢C大于大于0.6%高碳钢高碳钢2-1 锻造用原资料锻造用原资料Seite 3二、冶炼二、冶炼1、冶炼的义务：化学成分，金属液体的、冶炼的义务：化学成分，金属液体的纯真度，减少夹杂和气体的含量。纯真度，减少夹杂和气体的含量。2、主要方法：碱性平炉、酸性平炉、碱、主要方法：碱性平炉、酸性平炉、碱性电炉、双联法、真空冶炼法、电渣重性电炉、双联法、真空冶炼法、电渣重熔法

2、等。熔法等。Seite 4三、钢锭的内部构造三、钢锭的内部构造钢锭是由冒口、锭身钢锭是由冒口、锭身和底部组成。钢锭表和底部组成。钢锭表层为细小等轴结晶区层为细小等轴结晶区，向里为柱状结晶区，向里为柱状结晶区，枝状结晶区，心部，枝状结晶区，心部为粗大等轴结晶区。为粗大等轴结晶区。Seite 5由金属学所学内容知，钢锭的内部缺陷主要集中在由金属学所学内容知，钢锭的内部缺陷主要集中在冒口、底部和中心部分。其中冒口和底部作为废料冒口、底部和中心部分。其中冒口和底部作为废料应予切除。但冒口有补缩和包容夹杂物、气体以纯应予切除。但冒口有补缩和包容夹杂物、气体以纯真锭身的作用，因此应占钢锭的一定比例。冒口切

3、真锭身的作用，因此应占钢锭的一定比例。冒口切除除1520。Seite 6四、大型钢锭的主要缺陷四、大型钢锭的主要缺陷 钢锭的常见缺陷有：偏析、夹杂、气钢锭的常见缺陷有：偏析、夹杂、气体、气泡、缩孔、疏松、裂纹和溅疤。体、气泡、缩孔、疏松、裂纹和溅疤。这些缺陷的构成与冶炼、浇注和结晶过这些缺陷的构成与冶炼、浇注和结晶过程严密相关，并且不可防止。程严密相关，并且不可防止。Seite 7 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 呵斥力学性能不均匀和裂纹缺陷。枝晶偏析景象可以经过锻造、再结晶、高温分散和锻后热处置得到消除。区域偏析只需经过反复镦拔变形

4、工艺才干使其化学成分趋于均匀化。Seite 8夹杂夹杂 分为内在夹杂和外来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。它破坏金属的延续性，夹杂处产生应力集中粒等。它破坏金属的延续性，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，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景象。可见夹杂降低铸锭的锻造上分布易引起热脆景象。可见夹杂降低铸锭的锻造性能和锻后的力学性能。性能和锻后的力学性能。Seite 9 气体

5、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，当氢含量到达一定数值后，冷却时易产生白点缺陷。氢含量高还会引起氢脆景象，钢的塑性显著下降。只需气泡不是敞开的或气泡内壁没有被氧化，经过锻造可以焊合，但皮下气泡经常容易引起裂纹。Seite 10缩孔和疏松缩孔和疏松 缩孔在冒口区，由于冷却时钢液补充缺乏而构成缩孔在冒口区，由于冷却时钢液补充缺乏而构成，含有大量杂质，必需将缩孔与冒口一同切除。，含有大量杂质，必需将缩孔与冒口一同切除。疏松集中在中心部位，降低组织的致密度，破坏疏松集中在中心部位，降低组织的致密度，破坏了金属的延续性，锻造时用大变形才干消除。了金属的延续性，锻造时用

6、大变形才干消除。Seite 11溅疤溅疤 当采用上注法浇注时，钢液将冲击钢锭模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，在底而飞溅至模壁上，溅珠和钢锭不能凝为一体，在钢锭外表构成溅疤。锻前应根除，否那么会在锻件钢锭外表构成溅疤。锻前应根除，否那么会在锻件上构成夹层。上构成夹层。普通来说，钢锭越大，产生上述缺陷的能够普通来说，钢锭越大，产生上述缺陷的能够性就越大，缺陷性质就越严重。性就越大，缺陷性质就越严重。Seite 12五、型材的常见缺陷五、型材的常见缺陷1 1、外表缺陷：、外表缺陷：划痕划痕 轧制中的不测缘由在其外表划出伤痕轧制中的不测缘由在其外表划出伤

7、痕，深度达，深度达0.20.5mm0.20.5mm，会影响锻件的质量，会影响锻件的质量 折迭折迭 已氧化的表层金属被压入金属内部而已氧化的表层金属被压入金属内部而构成折迭，折缝内有氧化物而不能锻合。在折迭处构成折迭，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。易产生应力集中，影响锻件质量。发裂发裂 钢锭皮下气泡被轧扁、拉长、破裂构钢锭皮下气泡被轧扁、拉长、破裂构成发状裂纹，深度约为成发状裂纹，深度约为0.51.5mm0.51.5mm。在高碳钢和合。在高碳钢和合金钢中易产生此缺陷金钢中易产生此缺陷Seite 13 结疤结疤 浇注时，钢液飞溅而凝固在钢锭外表，轧制过程中被轧成薄

8、膜而附浇注时，钢液飞溅而凝固在钢锭外表，轧制过程中被轧成薄膜而附于轧材外表，其深度约为于轧材外表，其深度约为1.5mm1.5mm。粗晶环粗晶环 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。主要缘由为挤压时金属与挤压筒间摩擦太大而构成的死区。晶粒，称为粗晶环。主要缘由为挤压时金属与挤压筒间摩擦太大而构成的死区。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。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。Seite 142、资料内部缺陷：、资料内部缺陷：碳化物偏析碳化物偏

9、析 在高碳合金钢中易产生。缘在高碳合金钢中易产生。缘由是碳化物在开坯和轧制时未被打碎和不均匀由是碳化物在开坯和轧制时未被打碎和不均匀分布呵斥的。碳化物偏析容易引起锻件开裂等分布呵斥的。碳化物偏析容易引起锻件开裂等。消除碳化物偏析，其最有效的方法是采用反。消除碳化物偏析，其最有效的方法是采用反复镦复镦拔工艺，彻底打碎碳化物并均匀分布。拔工艺，彻底打碎碳化物并均匀分布。非金属夹杂非金属夹杂 夹杂物被轧成带状，破坏金属的夹杂物被轧成带状，破坏金属的延续性，严重时，会引起锻件开裂。延续性，严重时，会引起锻件开裂。Seite 15 白点白点 隐藏在锻坯内部，在纵向断口上呈圆形或椭圆形的雪白色斑点，在隐藏

10、在锻坯内部，在纵向断口上呈圆形或椭圆形的雪白色斑点，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120mm不等或更长。其缘由是钢中氢含量太高和各种内应力共同作用下产生不等或更长。其缘由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。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。存在白点的金属必需切除，不能再运用。存在白点的金属必需切除，不能再运用。Seite 16总之总之 外表缺陷，锻前应去除，以免影响锻件外表缺陷，锻前应去除，以免影响锻件质量。质量。内部缺

11、陷，严重时不应投入消费。内部缺陷，严重时不应投入消费。Seite 172-2 下料方法下料方法 在加热和锻造之前，将原资料切成所需在加热和锻造之前，将原资料切成所需长度或所需几何尺寸的工序，称为下料。长度或所需几何尺寸的工序，称为下料。大铸锭下料属于自在锻的义务，通大铸锭下料属于自在锻的义务，通常用自在锻方法进展开坯，然后将锭料两端常用自在锻方法进展开坯，然后将锭料两端切除，并按一定尺寸将坯料分割开来。切除，并按一定尺寸将坯料分割开来。Seite 18其它资料的下料任务，普通都在锻造车间的下料工段其它资料的下料任务，普通都在锻造车间的下料工段进展。进展。常用的下料方法有：剪切、冷折、锯切、车削

12、、砂轮常用的下料方法有：剪切、冷折、锯切、车削、砂轮切割、剁断及特殊精细下料等。切割、剁断及特殊精细下料等。各种下料方法都有其特点，它们的毛坯质量、资料利各种下料方法都有其特点，它们的毛坯质量、资料利用率、加工效率等往往有很大不同。选用何种方法，用率、加工效率等往往有很大不同。选用何种方法，应视资料性质、尺寸大小、批量和对下料质量的要求应视资料性质、尺寸大小、批量和对下料质量的要求而定。而定。Seite 19一、剪切法一、剪切法 1.剪切下料的特点：消费率高、操作简剪切下料的特点：消费率高、操作简单，断口无金属损耗、工具简单，模具费单，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

13、料和切削加用低等；但端面质量较冲床下料和切削加工方法下料差。适用于成批大量消费，被工方法下料差。适用于成批大量消费，被普遍采用。普遍采用。Seite 20 2.剪切过程剪切过程 是经过上下两刀片作用给坯料以一定压是经过上下两刀片作用给坯料以一定压力力F，在坯料内产生弯曲和拉伸变形，当应力超越资料，在坯料内产生弯曲和拉伸变形，当应力超越资料的剪切强度时发生断裂。的剪切强度时发生断裂。剪切三阶段：一、刀刃压进棒料，塑性变形区不大剪切三阶段：一、刀刃压进棒料，塑性变形区不大，由于加工硬化的作用，刃口端处首先出现裂纹；二由于加工硬化的作用，刃口端处首先出现裂纹；二、裂纹随刀刃的深化而继续扩展；三、在刀

14、刃的压力、裂纹随刀刃的深化而继续扩展；三、在刀刃的压力作用下，上下两裂纹间的金属被拉断，呵斥作用下，上下两裂纹间的金属被拉断，呵斥S形断面。形断面。Seite 213.剪切下料可分为两种：剪切下料可分为两种：公用剪床下料，即在公用剪床上进展；公用剪床下料，即在公用剪床上进展；其它设备上剪切下料，即在压力机、其它设备上剪切下料，即在压力机、液压液压机或锻锤上用剪切模具进展下料。机或锻锤上用剪切模具进展下料。Seite 22 4.质量问题：坯料部分被压扁、端面不平整、剪断面常有毛刺和裂痕。5.剪床上的剪切安装 棒料2送进剪床后，用压板3固紧，下料长度L0由可调螺杆5定位，在上刀片4和下刀片1的作用

15、下将毛坯6剪断。Seite 236.冷剪切和热剪切：按剪切时坯料温度不同分为冷切冷剪切和热剪切：按剪切时坯料温度不同分为冷切和热切。和热切。冷剪切的消费率高，但所需剪切力较大。钢中碳含量冷剪切的消费率高，但所需剪切力较大。钢中碳含量或合金含量较多时，强度高且塑性差，冷剪切时钢中或合金含量较多时，强度高且塑性差，冷剪切时钢中产生很大的应力而在切口出现裂纹或崩碎，这时，应产生很大的应力而在切口出现裂纹或崩碎，这时，应采用热剪切法下料。采用冷剪切或热剪切下料应根据采用热剪切法下料。采用冷剪切或热剪切下料应根据坯料横断面尺寸大小和化学成分而定。坯料横断面尺寸大小和化学成分而定。Seite 24例：截面

16、大或者直径大于例：截面大或者直径大于120mm 的中碳钢，应进的中碳钢，应进展预热剪切；高碳钢和合金钢应按化学成分和尺展预热剪切；高碳钢和合金钢应按化学成分和尺寸大小确定预热温度，在寸大小确定预热温度，在400700范围内选定。范围内选定。但剪切较软资料时预热温度不宜过高，利用蓝脆但剪切较软资料时预热温度不宜过高，利用蓝脆景象钢材为景象钢材为250350，可提高剪切质量，获，可提高剪切质量，获得光滑的断面。得光滑的断面。Seite 25 7.剪切力按下式计算：F=KA式中 F计算的剪切力；A剪切断面积(mm2)；资料剪切抗力(MPa)，剪切强度比同温度下的强度极限小一些，普通为：剪=(0.70

17、.8)b。K思索到刃口磨钝和间隙变化的系数，普通为K=1.01.2。Seite 26二、锯切法二、锯切法 锯切能切断横断面较大的坯料，虽然消锯切能切断横断面较大的坯料，虽然消费率较低，锯口损耗大，但由于下料准确，费率较低，锯口损耗大，但由于下料准确，切口平整，特别用在精锻工艺上，仍不失为切口平整，特别用在精锻工艺上，仍不失为一种主要的的下料手段。一种主要的的下料手段。对于端面质量、长度精度要求高的钢材对于端面质量、长度精度要求高的钢材下料，也采用锯切下料。所以，锯床下料运下料，也采用锯切下料。所以，锯床下料运用仍较普遍。金属可以在热态下或冷态下锯用仍较普遍。金属可以在热态下或冷态下锯切。锻造消

18、费中大都采用冷态锯切，只需轧切。锻造消费中大都采用冷态锯切，只需轧钢厂才采用热态锯切。钢厂才采用热态锯切。Seite 27常用的下料锯床有圆盘锯、带锯和弓形锯等。常用的下料锯床有圆盘锯、带锯和弓形锯等。圆盘锯：的锯片厚度普通为圆盘锯：的锯片厚度普通为38mm，锯屑损耗较大，锯屑损耗较大。且锯切速度较低，圆周速度约为。且锯切速度较低，圆周速度约为0.51.0m/s。比普。比普通切削加工速度低，故消费率较低。锯切直径可达通切削加工速度低，故消费率较低。锯切直径可达750mm。Seite 28带锯：有立式、卧式、可倾立式等。其消费率是带锯：有立式、卧式、可倾立式等。其消费率是普通圆锯床的普通圆锯床的

19、1.52倍，切口损耗为倍，切口损耗为22.2mm，主，主要用于锯切直径在要用于锯切直径在350mm以内的棒料。以内的棒料。Seite 29弓形锯：是一种往复锯床，由弓臂及可以获得往弓形锯：是一种往复锯床，由弓臂及可以获得往复运动的连杆机构等组成。锯片厚度为复运动的连杆机构等组成。锯片厚度为25mm，普通用来锯切直径为，普通用来锯切直径为100mm以内的棒料。以内的棒料。Seite 30三、砂轮片切割法三、砂轮片切割法 适用于切割小截面棒料、管料和异形截适用于切割小截面棒料、管料和异形截面资料，以及其它下料方法难于切割的金面资料，以及其它下料方法难于切割的金属属，如高温合金，如高温合金GH33、

20、GH37等。优点等。优点是设备简单，操作方便，是设备简单，操作方便，下料长度准确，下料长度准确，端面质量较好，消费率高于锯片下料而低端面质量较好，消费率高于锯片下料而低于剪切和冷折下料，但砂轮片耗量大，且于剪切和冷折下料，但砂轮片耗量大，且易崩碎，噪声大。易崩碎，噪声大。Seite 31四、折断法又叫冷折法四、折断法又叫冷折法 其任务原理：先在待折断处开一小缺口，在压其任务原理：先在待折断处开一小缺口，在压力力F作用下，在缺口处产生应力集中使坯料折断。作用下，在缺口处产生应力集中使坯料折断。缘由是当毛坯内的平均应力到达屈服极限时，缺口缘由是当毛坯内的平均应力到达屈服极限时，缺口处的部分应力早已

21、超越强度极限，所以毛坯来不及处的部分应力早已超越强度极限，所以毛坯来不及塑性变形就已断裂。塑性变形就已断裂。Seite 32五、气割法五、气割法其它下料方法还有摩擦锯切割、电机械其它下料方法还有摩擦锯切割、电机械锯割、阳极机械切割法、电火花切割法锯割、阳极机械切割法、电火花切割法、精细下料方法等，可查阅有关资料。、精细下料方法等，可查阅有关资料。Seite 33例：电火花切割例：电火花切割 其任务原理为：直流电机经过电阻其任务原理为：直流电机经过电阻R和电容和电容C，使毛，使毛坯接正极，锯片接负极，在电解液如煤油中切坯接正极，锯片接负极，在电解液如煤油中切割，产生电火花的脉冲电流强度很大，到达数百或割，产生电火花的脉冲电流强度很大，到达数百或数千安培；脉冲功率到达数万瓦。而切割处的接触数千安培；脉冲功率到达数万瓦。而切割处的接触面积又很小，因此电流密度能够高达数十万面积又很小，因此电流密度能够高达数十万A/mm2。因此，。因此，毛坯上部分温度很高，约为毛坯上部分温度很高，约为10000，促，促使金属熔化实现下料目的。使金属熔化实现下料目的。