锻造(forging)是金属压力加工的一种方法,是将金属加热到高温,借锻锤的打击或压力机的压缩而是金属改变形状。用锻造方法可以得到成品制件,也可以得到供进一步机械加工的毛坯。锻造是机械零件压力加工的一种主要形式。在冶金工业中,除了在机修部门生产零件以外,主要用于塑性较差的合金钢钢锭的开坯和生产方钢、圆钢、扁钢。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷,优化微观组织结构,同时由于保存了完整的金属流线,锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。机械中负载高、工作条件严峻的重要零件,除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外,多采用锻件。锻造按成形方法可分为:①自由锻:利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁(砧块)间产生变形以获得所需锻件,主要有手工锻造和机械锻造两种。自由锻的特点是,金属在高度上受到压缩而在水平方向上可以自由延伸和展宽。自由锻适于小批生产形状简单的大件锻件。②模锻:模锻又分为开式模锻和闭式模锻.金属坯料在具有一定形状的锻模膛内受压变形而获得锻件,又可分为冷镦、辊锻、径向锻造和挤压等等。模煅适于生产形状复杂的锻件,并可以大批量生产。
锻造按变形温度又可分为热锻(锻造温度高于坯料金属的再结晶温度)、温锻(锻造温度低于金属的再结晶温度)和冷锻(常温)。钢的再结晶温度约为460℃,但普遍采用800℃作为划分线,高于800℃的是热锻;在300~800℃之间称为温锻或半热锻。
学习了,锻造工艺不当影响产品的品质和性能,马虎不得
太有帮助了,我们现在做的锻件就经常有开裂,还没有找到原因。
热处理工序如果没有好的锻造工艺作保障是很难搞好的,学习了
热处理与锻造是密不可分的
我想要合金钢的锻造工艺温度不知谁有
其实锻造时的有些缺陷后面步骤是可以修复的
大型锻件锻造拔长新工艺
随着钢铁、能源、石油化工所需锻件重量、尺寸的增大,钢锭的重量不断增加,防止或减少钢锭内部的冶金缺陷变得更加困难。另一方面由于钢锭重量尺寸的增大,水压机吨位在相对减小,锻件的质量标准又在不断提高。用传统的镦粗、拔长变形工艺来打碎钢锭内部的铸造组织、修复内部的冶金缺陷已不能满足锻件的质量要求。拔长、镦粗是大型锻件锻造中应用最广泛的两个工步,拔长与镦粗相比,由于坯料变形部分的体积小,变形量大,缺陷区域应力高;因而拔长是打碎铸造组织,修复冶金缺陷的主要工步。下面介绍一种大型锻件锻造拔长新工艺:凹面砧拔长新工艺。
凸缘叉锻造工艺改进
1问题的提出
2锻造工艺分析
图1凸缘叉锻件图
3具设计
模具装配图如图3。在选择锻件分模面时,在原图的基础上有意把分模面抬高;为尽量缩短耳部与盘部分模面之间的落差,又把盘子的分模面离中心往上提高。为确保充满两耳,采取了以下措施。
(1)设计预锻模时,采取了开式与闭式相结合的方法。在盘部采取了闭式,不让金属向盘子流动,迫使金属流向耳部;将耳部设计成开式,是考虑到锻压机设备不能全封闭,以保证设备的安全。
(2)在预锻模设计时,将耳部总高尺寸增加了,以保证终锻时有多余金属充满型腔。
(3)在预锻和终锻模上,在耳部都采用了楔形飞边,增大了金属流向飞边的阻力,有利于金属充满耳部。
(4)在预锻模开挡处把圆角加大,有利于金属流向耳部。
(5)在预锻模和终锻模的耳部都设计有排气孔,有利于金属充满耳部。
(6)为避免终锻时在耳根部产生金属折叠,在设计预锻模时,将耳根音15圆角力口大。
由于模具设计合理,终于锻出了合格的锻件。该模具现已经投入了批量生产。
锻锤-正文
利用锤头等重物自由落下或强迫运动的动能打击坯料,使之产生塑性变形的锻压机械。锻锤的运动遵循打击能量公式,式中
E为打击能量,m为锻锤落下部分的质量,v为打击速度。锻锤落下部分的质量越大,打击能量也越大。锻锤的规格分落锤和击锤两种表示法:落锤用落下部分的质量(千克)表示;击锤用打击能量(千焦)表示。落下部分包括锤头、锤杆和活塞等,一般锻锤的打击速度为6~9米/秒。锻锤主要用于金属坯料在热态下的自由锻和模锻。它的优点是:结构简单;锤头的提升高度和打击轻重容易控制,操作灵活;适用性强,工作速度高。但锻锤的工作条件差,能量利用率低,工作时冲击大,震动和噪声大,需要有沉重的砧座,对厂房和地基的要求高。锻锤大体可分为落锤、蒸汽-空气锤、空气锤、对击锤、液压锤和高能率锤。落锤把锤头提升到一定高度,靠其自重落下进行打击的锻锤。落锤按不同的提升构件又可分为夹板锤、皮带锤、链条锤等。落锤打击能量小、工作效率低,已经很少应用。蒸汽-空气锤将压力为600~900千帕的蒸汽或压缩空气通过操纵阀送入气缸,从而驱动锤头上下运动的锻锤。它具有较大的打击能量。蒸汽和压缩空气一般由动力站集中供给。蒸汽-空气锻锤可分为自由锻锤(图1)和模锻锤。
自由锻-正文
在锻锤或水压机上,利用几何形状简单的锤头或砧块的上下运动施力,将热锭或热坯在高度方向压缩,水平方向能自由伸长和展宽,进行各种锻压加工,以获得所要求的形状和尺寸的锻件的工艺。自由锻适合于单件小批量生产,灵活性较大,但生产率不高,机械化水平也低。在机械厂用于生产各种锻件;在特殊钢厂用于一些高合金钢的开坯锻造。自由锻的基本工序有镦粗、延伸、错开、冲孔、切割、弯曲、扭转和锻焊等。①镦粗。变形时减少锭或坯的长度,增大其横截面,可生产叶轮、齿轮和圆盘等锻件。②延伸。减小坯的横截面,增加其长度,如生产轴、锻坯等。③错开。使坯料的一部分对另一部分作相对的位移,互相错开,轴心线仍相互平行,多用于曲轴的生产。④冲孔。在坯料上冲全通孔或半通孔。⑤切割。将坯料切成几部分,如切去钢锭的冒口和底部的余料。⑥弯曲。按工件要求把坯料各部分沿轴线弯曲成各种角度。⑦扭转。使坯料的一部分对另一部分绕同一轴线转一定角度,多用于生产拐曲轴。⑧锻焊。将两块坯料锻接成一整块。
锻压加工-正文
利用锻压设备上的锤头、砧块或模具对金属件施力产生塑性形变,制成形状、尺寸和性能都合乎要求的锻件,这种工艺叫作锻压加工。中国金属锻压技术的历史非常悠久,早在公元前11世纪已有锻的记载(见金属塑性加工)。锻压加工根据加工时的金属坯料温度,分为冷锻、温锻和热锻。碳钢的冷锻是在室温下进行加工,温锻时锻件温度为300~800℃,热锻时锻件温度为800~1250℃。锻压加工根据锻件的尺寸和形状以及采用的模具结构和锻压设备,分为自由锻、模锻、板材冲压和高能率成形等。(见彩图)
开坯锻造-正文
将金属锭锻压加工成具有一定规格和性能的坯料的生产过程,多数采用自由锻。冶金工厂锻坯主要有两种:一种锻坯是作为冶金工厂的产品供给机械工业等部门的,如轴和炮筒等;另一种锻坯是作为进一步加工用坯料,如高速钢开坯等。开坯锻造可以加工变形抗力大、塑性差、导热性低、热加工的温度范围窄,难于或无法轧制的合金钢、高合金钢、有色金属及其合金。此外还具有多品种、小批量、生产安排灵活等优点。合金钢钢锭内存在着偏析及其他铸态组织,锻造加工可以根据原料的种类和尺寸不同,选用合适的锻压规范和锻造比,使钢锭内的空洞焊合和组织致密;采用不定向的变形,有助于消除偏析等缺陷。例如高速钢钢锭中有莱氏体共晶的铸态组织,这种组织硬而脆,经合理的锻压加工,可以将莱氏体中的碳化物逐步破碎而均匀分布,改善了力学性能。开坯锻造时,加热温度不宜过高,以免晶界氧化和碳化物偏聚,导致局部熔化而开裂。终锻温度不能过低,以免产生锻造裂纹。
塑性变形-正文
变形量和塑性塑性变形变形量的大小,常依变形方式的不同用不同的指标来表示。有的用坯料变形前后截面积的变化表示,有的用某一方向长度的变化表示,扭转时用转角的大小表示。镦粗和压缩的变形量在工程上常用压缩率表示。如坯料原始高
H0,镦粗后高H1(图2),则压下量△HH0-H1,压缩率为
金属在锻压过程中所能承受的变形量有一定的限值。金属能承受较大的变形量而不破裂的性能称为塑性。金属的塑性可由实验测定(见锻造性能试验)。金属塑性的好坏与化学成分、内部组织结构、变形温度和速度、变形方式等因素有关。纯金属和合金元素低的金属(如铝、紫铜、低碳钢等)塑性好,高合金和含杂质多的金属塑性差。一般金属在低温时塑性差,高温时塑性好。金属的塑性还与变形方式有关,例如在自由锻镦粗时,坯料的周围向外凸出,材料受拉应力,金属的塑性低,容易开裂。挤压时,坯料三向受压,金属的塑性高。在很小的变形下就开裂的金属称为脆性材料,如铸铁。脆性材料通常不宜锻压加工。变形力在锻压过程中,坯料内部一般处于三向应力状态。开始塑性变形的应力不是由某一方向的应力单独确定的。用1、2、3代表坯料内任意一点单元体上三个相互垂直方向的主应力(图3),实验表明,如要这个单元体发生塑性变形,则三个主应力所引起的弹性畸变能应达到一定值。它的数学表达式为
式中
Y为金属的变形抗力,由抗拉试验或抗压试验测定。上式表示金属坯料内任意一点开始塑性变形时三个方向主应力所应达到的条件,称为屈服准则。在锻压过程中,坯料内某些面上各点都会发生塑性变形,这时所加的外力称为变形力。
影响变形力
P的主要因素有4个,即
Y为金属的静载变形抗力,它与化学成分、温度、变形过程等有关。低碳钢的变形抗力低,高合金钢的变形抗力高;低温时变形抗力高,高温时变形抗力低;室温下的退火金属在开始锻压时变形抗力低,经过变形产生加工硬化后变形抗力增高。A为锻件加力方向的横截面积。1为应变速率系数。在慢速的液压机上锻压时,1=1~1.5;在应变速率高的锻锤上锻压时,1埍3。2为多余功系数,它与变形方式有关,例如自由锻时坏料侧表面不受约束,2=1~2.5;模锻和挤压时,金属的流动受模膛约束,2=2.5~6。另外,模膛表面的粗糙度和润滑状况也有影响,锻模表面光洁且有良好的润滑时2较小;模具表面粗糙且没有润滑时,2较大
模锻-正文
在模锻锤或压力机上用锻模将金属坯料锻压加工成形的工艺。模锻工艺生产效率高,劳动强度低,尺寸精确,加工余量小,并可锻制形状复杂的锻件;适用于批量生产。但模具成本高,需有专用的模锻设备,不适合于单件或小批量生产。
附图为模锻用的锻模,由上下两个模块组成,模膛4是锻模的工作部分,上下模各一半。用燕尾和楔1、2固定在锤砧和工作台上;并以锁扣3或导柱导向,防止上下模块错位。金属坯料按模膛的形状变形。模锻的工序为制坯、预锻和终锻。终锻模的模膛是按锻件的尺寸、形状,并加上余量和偏差确定的。模锻一般分开口模锻和闭口模锻两种:开口模锻的模膛周围有毛边槽5,成形后多余的金属流入槽内,最后将毛边切除;闭口模锻只在端部有很小的毛边,如果坯料精确,也可以不出毛边。
机械压力机-正文
通过曲柄滑块机构将电动机的旋转运动转换为滑块的直线往复运动,对坯料进行成形加工的锻压机械。机械压力机动作平稳,工作可靠,广泛用于冲压、挤压、模锻和粉末冶金等工艺。机械压力机在数量上约占各类锻压机械总数的一半以上。机械压力机的规格用公称工作力(千牛)表示,它是以滑块运动到距行程的下止点约10~15毫米处(或从下止点算起曲柄转角
约为15°~30°时)为计算基点设计的最大工作力(图1)。
液压机-正文
用液体作为工作介质传递压强以产生巨大工作力的锻压机械。液压机除用于锻压成形外,也可用于矫正、压装、打包、压块和压板等。液压机包括水压机和油压机。以水基液体为工作介质的称为水压机,以油为工作介质的称为油压机。液压机的规格一般用公称工作力(千牛)或公称吨位(吨)表示。锻造用液压机多是水压机,吨位较高。为减小设备尺寸,大型锻造水压机常用较高压强(35兆帕左右),有时也采用100兆帕以上的超高压。其他用途的液压机一般采用6~25兆帕的工作压强。油压机的吨位比水压机低。简史1795年,英国的J.布拉默应用帕斯卡原理发明了水压机,用于打包、榨植物油等。到19世纪中期,英国开始把水压机用于锻造,水压机遂逐渐取代了超大型蒸汽锻锤。到19世纪末,美国制成126000千牛自由锻造水压机。此后,全世界先后制造20余台10万千牛级的自由锻造水压机,其中中国制造的有2台(见彩图)。随着电动高压泵的出现和完善,锻造水压机也向较小吨位方向发展。20世纪50年代后出现了小型快速锻造水压机,可进行相当于30~50千牛锻锤所做的工作。40年代,德国制成180000千牛的巨型模锻水压机,此后全世界先后制成180000千牛以上的模锻水压机18台,其中中国制造的一台为300000千牛。
工作原理图1为液压机的工作原理。大、小柱塞的面积分别为
S2、S1,柱塞上的作用力分别为F2、F1。根据帕斯卡原理,液体压强各处相等,即
表示液压的增益作用,与机械增益一样,力增大了,但功不增益,因此大柱塞的运动距离是小柱塞运动距离的
S1/S2倍。
工作介质液压机所用的工作介质的作用不仅是传递压强,而且保证机器工作部件工作灵敏、可靠、寿命长和泄漏少。液压机对工作介质的基本要求是:①有适宜的流动性和低的可压缩性,以提高传动的效率;②能防锈蚀;③有好的润滑性能;④易于密封;⑤性能稳定,长期工作而不变质。液压机最初用水作为工作介质,以后改用在水中加入少量乳化油而成的乳化液,以增加润滑性和减少锈蚀。19世纪后期出现了以矿物油为工作介质的油压机。油有良好的润滑性、防腐蚀性和适度的粘性,有利于改善液压机的性能。20世纪下半叶出现了新型的水基乳化液,其乳化形态是“油包水”,而不是原来的“水包油”。“油包水”乳化液的外相为油,它的润滑性和防蚀性接近油,且含油量很少,不易燃烧。但水基乳化液价格较贵,限制了它的推广。驱动系统液压机的驱动系统主要有泵直接驱动和泵-蓄能器驱动两种型式(图2)。
锻压-正文
锻造对金属组织、性能的影响与锻件缺陷
锻件的缺陷包括表面缺陷和内部缺陷。有的锻件缺陷会影响后续工序的加工质量,有的则严重影响锻件的性能,降低所制成品件的使用寿命,甚至危及安全。因此,为提高锻件质量,避免锻件缺陷的产生,应采取相应的工艺对策,同时还应加强生产全过程的质量控制。本章概要介绍三方面的问题:锻造对金属组织、性能的影响与锻件缺陷;锻件质量检验的内容和方法;锻件质量分析的一般过程。
(二)原材料对锻件质量的影响原材料的良好质量是保证锻件质量的先决条件,如原材料存在缺陷,将影响锻件的成形过程及锻件的最终质量。如原材料的化学元素超出规定的范围或杂质元素含量过高,对锻件的成形和质量都会带来较大的影响,例如:S、B、Cu、Sn等元素易形成低熔点相,使锻件易出现热脆。为了获得本质细晶粒钢,钢中残余铝含量需控制在一定范围内,例如Al酸0.02%~0.04%(质量分数)。含量过少,起不到控制晶粒长大的作用,常易使锻件的本质晶粒度不合格;含铝量过多,压力加工时在形成纤维组织的条件下易形成木纹状断口、撕痕状断口等。又如,在1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢中,Ti、Si、Al、Mo的含量越多,则铁素体相越多,锻造时愈易形成带状裂纹,并使零件带有磁性。如原材料内存在缩管残余、皮下起泡、严重碳化物偏析、粗大的非金属夹杂物(夹渣)等缺陷,锻造时易使锻件产生裂纹。原材料内的树枝状晶、严重疏松、非金属夹杂物、白点、氧化膜、偏析带及异金属混人等缺陷,易引起锻件性能下降。原材料的表面裂纹、折叠、结疤、粗晶环等易造成锻件的表面裂纹。
(四)锻件组织对最终热处理后的组织和性能的影响奥氏体和铁素体耐热不锈钢、高温合金、铝合金、镁合金等在加热和冷却过程中,没有同素异构转变的材料,以及一些铜合金和钛合金等,在锻造过程中产生的组织缺陷用热处理的办法不能改善。在加热和冷却过程中有同素异构转变的材料,如结构钢和马氏体不锈钢等,由于锻造工艺不当引起的某些组织缺陷或原材料遗留的某些缺陷,对热处理后的锻件质量有很大影响。现举例说明如下:
1)有些锻件的组织缺陷,在锻后热处理时可以得到改善,锻件最终热处理后仍可获得满意的组织和性能。例如,在一般过热的结构钢锻件中的粗晶和魏氏组织,过共析钢和轴承钢由于冷却不当引起的轻微的网状碳化物等。
2)有些锻件的组织缺陷,用正常的热处理较难消除,需用高温正火、反复正火、低温分解、高温扩散退火等措施才能得到改善。例如,低倍粗晶、9Cr18不锈钢的孪晶碳化物等。
3)有些锻件的组织缺陷,用一般热处理工艺不能消除,结果使最终热处理后的锻件性能下降,甚至不合格。例如,严重的石状断口和棱面断口、过烧、不锈钢中的铁素体带、莱氏体高合金工具钢中的碳化物网和带等。