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1、钢的 锻造 温度 范围锻造 热力规 范是指 锻造时 所选用 的一些 热力学 参数 ， 包括 锻造温 度 、 变形 程度 、 应变 速率 、 应力 状态 （ 锻造方 法 ） 、 加热 加冷却 速度等 。 这些 参数直 接影响 着金属材 料的可 锻性及 锻件的 组织和 性能 ， 合理 选择上 述几个热 力学参 数 ， 是制 订锻造 工艺的 重要环 节 。 确定 锻造热力 学参数 的主要 依据是 钢或合 金的状 态图、 塑性图 、变形 抗力图 及再结 晶图等 。 用这 些资料 所确定 的热力 学参数 还需要 通过各 种试验 或生产 实践来 进行验 证和修改。在确 定锻造 热力学 参数时 ，并不 是在
2、任 何情况 下 ，都需 要上述 的所有 资料 。 当对 锻件的 组织和 性能没 有严格要 求时， 往往只 要有塑 性图及 变形抗 力图就 够了 。 若对锻 件的晶 粒大小 有严格 要求 ， 而且 在机械 性能方 面也有硬 性规定 时，除 状态图 、塑性 图和变 形抗力 图之外 ，还需 要参考 再结晶 图以及 能说明 所采用 热力规 范是否能保 证产品 机械性 能的资 料。锻造 温度范 围是指 始锻温 度和终 锻温度 之间的 一段温 度间隔 。 确定 锻造温 度的基 本原则 是 ， 就能 保证金属在 锻造温 度范围 内具有 较高的 塑性和 较小的 变形抗力 ， 并得 到所要 求的组 织和性 能
3、。 锻造 温度范 围应尽 可能宽 一些， 以减少 锻造火 次，提 高生产 率。碳钢 的锻造 温度范 围如图 1 0 （ 铁 - 碳状 态图 ） 中的阴影 线所示 。 在铁 碳合金 中加入 其他合 金元素 后 ， 将使铁 - 碳状 态图的 形式发 生改变 。一些 元素（ 如C r , V , W , M o , T i , S i 等） 缩小 r 相区 ，升高 A3 和 A1 点 ； 而另一 些元素 （如 N i , M n 等） 扩大 r 相区 ，降低 A3 和 A1点。 所有合 金元素 均使 S 点和 E 点左 移。由 此可见 ， 合金结 构钢和 合金工 具钢也 可参照 铁 - 碳状 态图来
4、 初步确定锻 造温度 范围， 但相变 点（如 熔点， A3 ， A1 ， ACm 等）则需 改用各 具体钢 号的相 变点。1 始 锻温 度始锻 温度应 理解为 钢或合 金在加 热炉内 允许的 最高加 热温度 。 从加 热炉内 取出毛 坯送到 锻压设 备上开 妈锻造 之前 ， 根据 毛坯的 大小 、 运送 毛坯的 方法以 及加热炉与 锻压设 备之间 距离的 远近 ， 毛坯 有几度 到几十 度的温降 。因此 ，真正 开始锻 造的温 度稍低 ，在始 锻之前 ，应尽 量减小 毛坯的 温降。合金 结构钢 和合金 工具钢 的始锻 温度主 要受过 热和过 烧温度 的限制 。钢的 过烧温 度约比 熔点低 1
5、0 0 1 5 0 ， 过热 温度又 比过烧 温度低 约 5 0 ， 所以 钢的始锻温 度一般 应低于 熔点（ 或低于 状态图 固相线 温度）1 5 0 2 0 0 。碳含 量对钢 的锻造 上限温 度具有 最重要 的影响 。 对于碳 钢，由 状态图 （图 1 0 ）可 看出， 始锻温 度随含 碳量的 增加而 降低。 对于合 金结构 钢和合 金工模 具钢 ， 通常始 锻温度 随含碳 量的增 加降低 得更多 。铸态 的原始 晶粒组 织比较 稳定 ， 过热 倾向小 ， 因此钢锭 的始锻 温度可 比同钢 种的钢 坯和钢 材 高 2 0 3 0 。所谓 过热 ， 是指 钢料加 热超过 某一定 温度时 ，
6、 便产生奥 氏体晶 粒急剧 长大的 现象 。 不同 钢种对 过热的 敏感程度 不同 ， 软碳 钢对过 热的敏 感性最 小 ， 而合 金钢则 容易过 热 ， 在对 过热敏 感的钢 种中 ， 以镍 铬钼钢 最为突 出 。已经 发现， 冶炼方 法对钢 的过热 温度具 有显著 影响 。 真空 自耗重 熔及电 渣重熔 钢比具 有相同 化学成 分的电弧 炉钢 （ 非真 空 ） 的过 热起始 温度低 ， 这是 由于钢 中非金 属夹杂 物极少 存在 ， 而超 纯钢容 易出现 晶粒长 大所致 。 由于 钢的纯 度而使 过热起 始温度 降低的 程度 ， 已知为 1 5 以上 ，。曾 有过报 导，这 种温度 降低可
7、 高 达1 0 0 。 重要 用途的 高强度 钢 ， 如镍 铬钼钢 、 铬钼 钒钢 、镍铬 钼钒钢 等 ， 其特 种熔炼 钢的过 热起始 温度较 用空气熔炼 的同种 钢低 3 0 4 0 。 例如 4 0 C r M n S i M o V A 电渣 钢和电 弧炉钢 的过热 温度分 别为 1 1 6 0 和 1 2 0 0 。 因此 ，应分 别确定 真空重 熔及电 渣重熔 钢的过 热起始 温度 ， 其始锻 温度一 般应相 应降低 2 0 4 0 。一般 过热的 结构钢 经过正 常热处 理（正 火、淬 火 ）之后 ， 组织 可以改 善 ， 性能 也随之 恢复 ， 此种 过热称 为不稳 定过热 。
8、但是 N i - C r ， C r - N i - M o ， C r - N i - W ，C r - N i - M o - V 系多 数合金 结构钢 严重过 热之后 ，用正 常热处 理工艺 ， 组织 也极难 改善 ， 此种 过热称 为稳定 过热 。稳定 过热时 ， 除奥 氏体晶 粒大外 ， 沿原 奥氏体 晶界析 出有硫 化物（ M n S ）等 异相质 点。硫 化物质 点越多 ，原奥氏体 晶界也 就越稳 定 。 虽然 在以后 的正火 、 淬火 时钢重新奥 氏体化 了，但 原奥氏 体晶界 上硫化 物等质 点的分布 、 大小 和形状 不会受 到多大 程度的 改变 ， 结果 形成了稳定 过热
9、 。 过热 组织 ， 由于 晶粒粗 大 ， 引起 机械性 能降低， 尤其是 冲击韧 性的降 低。钢的 过热与 化学成 分 、 冶炼 方法 、 锻造 温度 、 热变形量 、 锻后 冷却速 度及炉 温均匀 性等因 素有关 。 因始 锻温度 过高或 加热时 间过长 引起的 过热 ， 虽然 经锻造 变形可以 破碎过 热粗晶 ， 但往 往受锻 造变形 量及变 形均匀 性的限 制，对 于较严 重过热 ，锻造 变形也 不易完 全消除 。所以 应确定 安全的 始锻温 度 ， 以防 止产生 过热 。 至于 过烧 ， 由于 锻造加 热温度 更高 ， 钢的 晶粒极 为粗大 ， 且氧原子 沿晶界 侵入， 形成网 络状
10、氧 化物及 易熔氧 化物共晶 ， 使晶 粒间的 结合力 大大减 弱 ， 在随 后热变 形时极 易产生 开裂。图 1 0 铁 - 碳状 态图2 终 锻温 度终锻 温度主 要应保 证在结 束锻造 之前钢 仍具有 足够的 塑性， 以及锻 件在锻 后获得 再结晶 组织。合金 结构钢 的含碳 量一般 在 0 . 1 2 % 0 . 5 % 之间 ， 其退火 状态的 金相组 织分类 属亚共 析钢 。 合金 工具钢 的含碳量 为 0 . 7 % 1 . 5 % ，是 在碳素 工具钢 的基础 上发展 起来的 ，其退 火组织 一般属 过共析 钢。参 考图 1 0 ，对 于过共 析钢温 度降至 S E 线（ Ac
11、m ）以 下即开 始析出 二次碳化物 （ 对于 合金钢 则为合 金碳化 物 ） ， 且沿 晶界呈 网状分布 ， 为了 打碎网 状渗碳 体 ， 使之 成为粒 状或断 续网状分布 ，应在 Acm 以下 两相区 继续锻 打，当 温度下 降到一定程 度时则 因塑性 显著下 降而必 须终止 锻造 。 过共 析钢的终 锻温度 一般应 高于 A1 （ S E 线） 5 0 1 0 0 以上 。钢料 在高温 单相区 （例如 图 1 0 所示 G S E 线以 上的奥氏 体区 ） 具有 良好的 塑性 。 所以 对于亚 共析钢 一般应在 A3 以上 1 5 5 0 结束 锻造， 但对于 低碳亚 共析钢 通过试 验
12、可知 ，在 G S 线（ A3 ）以 下的两 相区也 有足够 的塑性 （因低 碳钢中 的铁素 体与奥 氏体性 能相差 不大） ，因此 终锻温 度可取 在 G S 线以 下。铸锭 在未完 全转变 为锻态 之前， 由于塑 性较低 ， 其终锻 温度应 比锻坯 的高 3 0 5 0 。此外 ， 锻件 终锻温 度与变 形程度 有关 。 若最 后的锻造变 形程度 很小， 变形量 不大， 不需要 大的锻 压力 ， 即使终 锻温度 低一些 也不会 产生裂 纹。故 对精整 工序 、 校正工 序，终 锻温度 允许经 规定值 低 5 0 8 0 。当亚 共析钢 在 A3 和 A1 温度 区间锻 造时， 由于温 度低
13、于 A3 ， 所以 铁素体 从奥氏 体中析 出 ， 在铁 素体和 奥氏体两 相共存 情况下 继续进 行锻造 变形时 ， 将形 成铁素 体与奥 氏体的 带状组 织，只 是铁素 体比奥 氏体更 细长 ， 而奥氏 体在进 一步冷 却时（ 低于 A1 温度 ）转变 为珠光 体 ，所以 室温下 见到铁 素体与 珠光体 沿主要 伸长方 向呈带状分 布。这 种带状 组织可 以通过 重结晶 退火（ 或正火 ）予以 消除。终锻 温度过 高 ， 停锻 之后 ， 锻件 内部晶 粒会继 续长大， 形成粗 晶组织 。例如 亚共析 钢的终 锻温度 若比 A3高出 太多 ， 锻后 奥氏体 晶粒将 再次粗 化 。 在一 定范
14、围 的冷却 速度下 ，魏氏 组织容 易在粗 大晶粒 的奥氏 体中产生， 它是由 在一定 晶面析 出的铁 素体和 珠光体 所构成（图 1 1 ）。 魏氏组 织是钢 产生过 热的组 织特征 ，若魏氏组 织特别 严重时 ，仅用 退火或 正火也 难以完 全消除 ，必须 用锻造 予以矫 正。需要 指出的 是 ， 根据 状态图 大致确 定的锻 造温度 范围 ， 还需 要根据 钢的塑 性图 、 变形 抗力图 等资料 加以精确化 。 这是 因为状 态图是 在实验 室中一 个大气 压及缓 慢冷却 的条件 下作出 的 ， 状态 图上的 临界点 与钢在 锻造时的相 变温度 并不一 致。下 面举例 说明。常用 3 0
15、 C r M n S i A 钢的 熔点为 1 3 8 0 ， Ac3 为 8 3 0 ，Ac1 为 7 6 0 。 根据 状态图 临界点 确定的 锻造温 度范围 为5 8 0 1 2 0 0 。 图 1 2 为 3 0 C r M n S i A 钢的 塑性图 及变形 抗力图 ， 可以 看出 ， 在 1 2 0 0 时 ， 钢的 a k 值开 始有较 多的下 降，所 以始锻 温度取 为 1 1 8 0 。在 8 5 0 时， b还未 显著上 升，故 可定为 终锻温 度。图 1 1 4 5 M n 2 钢的 过热魏 氏组织 1 0 0图 1 2 3 0 C r M n S i A 钢的 塑性图
16、及变 形抗力 图由于 生产条 件不同 ， 各工 厂所用 的锻造 温度范 围也不完 全相同 。 合金 结构钢 的锻造 温度范 围见表 4 。 合金结构 钢钢锭 锻造温 度范围 见表 5 。 合金 工具钢 、 弹簧 钢和滚 珠轴承 钢的锻 造温度 范围见 表 6 。表 4 合金 结构钢 的锻造 温度和 加热规 范钢 的 牌 号 锻 造 温 度 / 加热温度+30 /-10 保温时间 min mm-1始 锻 终 锻10， 15， 20， 25， 30，35， 40， 45， 50 1200 800 12000.250.712CrNi3A,12CrNi4A1180 850 1180 0.3 0.814CrMnSiNi2MoA 1180 850 1180 0.3 0.815CrA 1200 800 1200 0.3 0.815Cr2MnNi2TiA 1180 850
