第章锻造的加热课件.pptx
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- 锻造 加热 课件
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1、第章锻造的加热第章锻造的加热3.1 一般加热方法一般加热方法加热方法:火焰加热和电加热1、火焰加热 利用燃料燃烧时所产生的热量,通过对流、辐射加热坯料。燃料来源方便、加热炉修造容易、加热费低、适应性强。缺点:劳动条件差,加热速度慢,质量低、热效率低。应用范围:大、中、小型坯料。2 2 电加热电加热利用电能转换热能来加热坯料。电阻加热和感应加热。利用电能转换热能来加热坯料。电阻加热和感应加热。1 1)电阻加热)电阻加热电阻加热与火焰加热原理相同,根据发热元件的不同分为:电阻加热与火焰加热原理相同,根据发热元件的不同分为:电阻炉加热、电阻炉加热、盐浴炉加热、接触电加热盐浴炉加热、接触电加热 图图3
2、.1 电阻炉原理图电阻炉原理图1电热体电热体 2坯料坯料 3变压器变压器电阻炉加热原理:利用电流通过炉电阻炉加热原理:利用电流通过炉内的电热体产生的能量,加热炉内内的电热体产生的能量,加热炉内的金属坯料。原理如图的金属坯料。原理如图3.13.1。电热体材料:铁铬铝合金电热体材料:铁铬铝合金 、镍铬镍铬合金。合金。碳化硅、二硅化钼电热元件。碳化硅、二硅化钼电热元件。图图3.2 电极盐浴炉原理图电极盐浴炉原理图 1电热体电热体 2高温计高温计 3电极电极 4熔盐熔盐 5坯料坯料 6变压器变压器l盐浴炉加热原理:盐浴炉加热原理:电流通过炉内电极产生的热量把导电介质电流通过炉内电极产生的热量把导电介质
3、盐熔融,通过高温介质的对流与传导将埋入介盐熔融,通过高温介质的对流与传导将埋入介质中的金属加热。质中的金属加热。l盐浴炉功能盐浴炉功能 用于工件的淬火、正火加热、局部加热淬火、用于工件的淬火、正火加热、局部加热淬火、化学热处理、分级淬火和等温淬火、回火等。化学热处理、分级淬火和等温淬火、回火等。l盐浴炉加热的优点:盐浴炉加热的优点:升温快、加热均匀,可以实现金属坯料整体升温快、加热均匀,可以实现金属坯料整体或局部的无氧化加热。或局部的无氧化加热。l盐浴炉加热的缺点:盐浴炉加热的缺点:热效率低、辅助材料消耗大、热效率低、辅助材料消耗大、劳动条件差。劳动条件差。图图3.3 接触电加热原理图接触电加
4、热原理图1变压器变压器 2坯料坯料 3触头触头接触电加热的接触电加热的加热原理:加热原理:以低电压(一般为以低电压(一般为2 215V15V)大电流直接通)大电流直接通过金属坯料,由坯料自身电阻在通过电流时产过金属坯料,由坯料自身电阻在通过电流时产生的热量加热金属坯料。原理如图生的热量加热金属坯料。原理如图3.33.3。接触电加热的接触电加热的优点优点:速度快、烧损少、加热范围不受限制、热速度快、烧损少、加热范围不受限制、热效率高、耗电少、成本低、设备简单、操作方效率高、耗电少、成本低、设备简单、操作方便、使用于长坯料的整体或局部加热的优点。便、使用于长坯料的整体或局部加热的优点。接触电加热的
5、接触电加热的缺点:缺点:对坯料的表面粗糙度和形状尺寸要求严格。对坯料的表面粗糙度和形状尺寸要求严格。加热温度的测量和控制也比较困难。加热温度的测量和控制也比较困难。图图3.4 感应电加热原理图感应电加热原理图1感应器感应器 2坯料坯料 3电源电源2 2)感应加热)感应加热 坯料放入通过交变电流的螺旋坯料放入通过交变电流的螺旋线圈内,利用电磁感应发热直接加线圈内,利用电磁感应发热直接加热。热。速度快、质量好、温度易控制、速度快、质量好、温度易控制、烧损少、易实现机械化。适于精密烧损少、易实现机械化。适于精密成形的加热。成形的加热。投资费用高,加热的坯料尺寸投资费用高,加热的坯料尺寸范围窄、电能消
6、耗大。范围窄、电能消耗大。3.2 3.2 少、无氧化火焰加热少、无氧化火焰加热3.2.1 3.2.1 少、无氧化加热少、无氧化加热 减少金属的氧化烧损(使烧损量小于减少金属的氧化烧损(使烧损量小于5 5)和脱碳,)和脱碳,限制氧化皮厚度在限制氧化皮厚度在0.050.050.06mm0.06mm以下。以下。提高加热质量,提高锻件的尺寸精度和表面质量、提高加热质量,提高锻件的尺寸精度和表面质量、提高模具寿命。提高模具寿命。快速加热、少无氧化火焰加热和介质保护加热。快速加热、少无氧化火焰加热和介质保护加热。3.2.2 3.2.2 少、无氧化火焰加热少、无氧化火焰加热采用火焰加热的方法,通过控制燃烧炉
7、气的性质,使钢采用火焰加热的方法,通过控制燃烧炉气的性质,使钢料加热且少无氧化。这就称为少无氧化火焰加热。料加热且少无氧化。这就称为少无氧化火焰加热。火焰加热时,主要化学反应为:火焰加热时,主要化学反应为:Fe+OFe+O2 22FeO2FeO Fe Fe3 3C+OC+O2 2Fe+COFe+CO2 2 Fe+CO Fe+CO2 2Fe+COFe+CO Fe Fe3 3C+COC+CO2 2Fe+2COFe+2CO Fe+H Fe+H2 2OFeO+HOFeO+H2 2 Fe Fe3 3C+HC+H2 2O3Fe+CO+HO3Fe+CO+H2 21 1)反应是可逆反应,向右:氧化反应,向左:
8、还原反应。)反应是可逆反应,向右:氧化反应,向左:还原反应。2 2)加热时,与空气消耗系数有关。)加热时,与空气消耗系数有关。空气消耗系数空气消耗系数:又称空气过剩系数,是燃料燃烧时:又称空气过剩系数,是燃料燃烧时实际供给的空气量与理论计算空气量之比。实际供给的空气量与理论计算空气量之比。3 3)空气充足时,炉气呈氧化性,空气不足时,炉气呈还原)空气充足时,炉气呈氧化性,空气不足时,炉气呈还原性。性。4 4)控制反应前后的生成物与反应物的浓度比。)控制反应前后的生成物与反应物的浓度比。炉气和被加热钢材的平衡图如下:炉气和被加热钢材的平衡图如下:(图图3.5)图图3.5 炉气和被加热钢材的平衡图
9、炉气和被加热钢材的平衡图 ABAB线:炉气为氧化性和还原性的分界线:炉气为氧化性和还原性的分界线。线。锻造加热炉(炉温锻造加热炉(炉温1000100013001300),),降到降到0.50.5或更低时,才会形成加热或更低时,才会形成加热炉正常工作条件的无氧化气体,这时炉正常工作条件的无氧化气体,这时的炉气成分应保持为的炉气成分应保持为:3.3 3.3 钢加热时的缺陷及防止措施钢加热时的缺陷及防止措施氧化、脱碳;过热、过烧;裂纹、开裂。氧化、脱碳;过热、过烧;裂纹、开裂。3.3.1 3.3.1 氧化、脱碳、增碳氧化、脱碳、增碳1 1、氧化、氧化1 1)金属在高温加热时,表层中的离子和炉内的氧化
10、性气体发生化学反)金属在高温加热时,表层中的离子和炉内的氧化性气体发生化学反应,使表面生成氧化物,这种现象叫氧化,也叫烧损。应,使表面生成氧化物,这种现象叫氧化,也叫烧损。2 2)氧化的实质是一种扩散过程。)氧化的实质是一种扩散过程。3 3)影响氧化的因素)影响氧化的因素 金属化学成分、炉气成分、加热温度、加热时间。金属化学成分、炉气成分、加热温度、加热时间。4 4)减少或消除加热时金属氧化的措施:)减少或消除加热时金属氧化的措施:快速加热、控制加热炉气的性质、炉内应保持不大的正压力、介快速加热、控制加热炉气的性质、炉内应保持不大的正压力、介质保护加热。质保护加热。2 2 脱碳脱碳 坯料在加热
11、时,其表层的碳和炉气中的氧化性气体以及某些还原坯料在加热时,其表层的碳和炉气中的氧化性气体以及某些还原性气体发生化学反应,造成坯料表层的含碳量减少,这一表层常称脱性气体发生化学反应,造成坯料表层的含碳量减少,这一表层常称脱碳层,这种缺陷既为脱碳。碳层,这种缺陷既为脱碳。3 3 增碳增碳 由于油和空气混合得不太好,燃烧不完全,在坯料表面形成还原性的由于油和空气混合得不太好,燃烧不完全,在坯料表面形成还原性的渗碳气氛,因而产生增碳现象。渗碳气氛,因而产生增碳现象。不良影响:锻件力学性能变坏,在机械加工时易打刀。不良影响:锻件力学性能变坏,在机械加工时易打刀。3.3.2 3.3.2 过热和过烧过热和
12、过烧1 1、过热、过热当钢加热超过某一温度时,或在高温下停留时间过长,会当钢加热超过某一温度时,或在高温下停留时间过长,会 引起奥引起奥氏体晶粒迅速长大,这种现象称为过热。氏体晶粒迅速长大,这种现象称为过热。a)a)锻造变形大时,晶粒粗大组织一般可以消除。锻造变形大时,晶粒粗大组织一般可以消除。b)b)锻造变形小时,终锻温度高,锻后冷却时出现非正常组锻造变形小时,终锻温度高,锻后冷却时出现非正常组织。使强度和冲击韧性降低。织。使强度和冲击韧性降低。c)c)增加生产周期和费用。增加生产周期和费用。防止措施:防止措施:遵守加热规范,控制加热温度和加热时间。避免截面尺寸相差大遵守加热规范,控制加热温
13、度和加热时间。避免截面尺寸相差大的坯料同炉加热。控制炉气的氧化性气体。的坯料同炉加热。控制炉气的氧化性气体。2 2 过烧过烧 当坯料加热超过过热温度,并且在此温度下停留时间过长,不但当坯料加热超过过热温度,并且在此温度下停留时间过长,不但引起奥氏体晶粒迅速长大,而且还有氧化性气体渗入晶界,这种缺陷引起奥氏体晶粒迅速长大,而且还有氧化性气体渗入晶界,这种缺陷称为过烧。称为过烧。过烧时易形成易熔共晶氧化物,晶界局部熔化,使晶粒间结合完过烧时易形成易熔共晶氧化物,晶界局部熔化,使晶粒间结合完全破坏。全破坏。过烧是加热的致命缺陷,最后使坯料报废。如坯料只发生局部过过烧是加热的致命缺陷,最后使坯料报废。
14、如坯料只发生局部过烧,可将过烧的部分切除。烧,可将过烧的部分切除。防止措施:遵守加热规范,控制加热温度以及限制坯料在高温时防止措施:遵守加热规范,控制加热温度以及限制坯料在高温时的停留时间。的停留时间。3.3.3 裂纹裂纹 如果坯料在加热过程的某一温度下,拉应力超过它的强度极限,如果坯料在加热过程的某一温度下,拉应力超过它的强度极限,那么就要产生裂纹。那么就要产生裂纹。产生裂纹的原因:产生裂纹的原因:温度应力;温度应力;组织应力;组织应力;残余应力。残余应力。3.4 3.4 锻造温度范围的确定锻造温度范围的确定 锻造温度范围是指坯料开始锻造时的温度和结束锻造时的温度之锻造温度范围是指坯料开始锻
15、造时的温度和结束锻造时的温度之间的温度区间。间的温度区间。确定锻造温度范围的原则:确定锻造温度范围的原则:使金属具有良好塑性和较低的变形抗力;使金属具有良好塑性和较低的变形抗力;保证锻件质量;保证锻件质量;锻造温度范围尽可能宽。锻造温度范围尽可能宽。确定锻造温度范围的方法:确定锻造温度范围的方法:以合金平衡相图为基础,参考塑性图、抗力图和再结晶图,由塑以合金平衡相图为基础,参考塑性图、抗力图和再结晶图,由塑性、质量和变形抗力三个方面加以综合分析。性、质量和变形抗力三个方面加以综合分析。碳钢锻造温度范围的确定参见下图:碳钢锻造温度范围的确定参见下图:确定锻造温度范围的方法:确定锻造温度范围的方法
16、:以合金平衡相图为基础,参考塑性以合金平衡相图为基础,参考塑性图、抗力图和再结晶图,由塑性、质量图、抗力图和再结晶图,由塑性、质量和变形抗力三个方面加以综合分析。和变形抗力三个方面加以综合分析。碳钢锻造温度范围的确定参见下图:碳钢锻造温度范围的确定参见下图:图图3.6 碳钢的锻造温度范围碳钢的锻造温度范围 表3-5 常用钢的锻造温度范围3.5 3.5 钢的加热规范钢的加热规范3.5.1 3.5.1 金属加热规范制定的原则和方法金属加热规范制定的原则和方法加热规范加热规范加热规范(加热制度):炉温时间的变化曲线(有称加热曲线)加热规范(加热制度):炉温时间的变化曲线(有称加热曲线)表示加热规范。
17、表示加热规范。加热规范类型:一段、二段、三段、四段、五段。参见下图:加热规范类型:一段、二段、三段、四段、五段。参见下图:(图图3.73.7)制定加热规范的基本原则制定加热规范的基本原则优质、高效、低消耗。优质、高效、低消耗。制定加热规范的方法制定加热规范的方法加热规范的要素:温度、速度和时间。加热规范的要素:温度、速度和时间。加热三阶段:预热、加热和保温。加热三阶段:预热、加热和保温。图图3.7 锻造锻造加热类型加热类型(1 1)装料炉温)装料炉温装料炉温决于温度应力,与钢的导温性和坯料的大小有关。装料炉温决于温度应力,与钢的导温性和坯料的大小有关。导温性好,尺寸小的钢材,装炉温度不受限制。
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