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1、Guangzhou Seagull www.seagull-锻造技术培训教材锻造技术培训教材课程大纲（课时课程大纲（课时4小时）小时）1、材料性能与锻造成形基本原理材料性能与锻造成形基本原理材料性能与锻造成形基本原理材料性能与锻造成形基本原理；2、铜合金力学性能基础知识；铜合金力学性能基础知识；3、锻件缺陷类型及控制措施；锻件缺陷类型及控制措施；4、下料与加热规范、下料与加热规范；Guangzhou Seagull www.seagull-第一章第一章第一章第一章 材料性能与锻造成形基本原理材料性能与锻造成形基本原理材料性能与锻造成形基本原理材料性能与锻造成形基本原理一，有色金属牌号的表示方法
2、及相关机械性能 根据国家标准（GB340-76）有色金属牌号的表示方法见下表：Guangzhou Seagull www.seagull-Guangzhou Seagull www.seagull-有关机械性能名词解释极限强度: 材料抵抗外力破坏作用的最大能力(1)抗拉强度: 外力是拉力时的极限强度,用拉伸时的最大负荷除以原始横断面面积. (2)抗弯强度: 承受弯矩时的极限强度.屈服点（屈服极限）： 代表小量塑性变形之抗力.收缩率: 材料受拉力作用断裂时,端面缩小的面积和原始横端面面积之百分比.伸长率（延伸率）： 材料收拉力作用断裂时，伸长的长度与原有长度的百分比.Guangzhou Seag
3、ull www.seagull-硬度: 材料抵抗硬的物体压入其表面的能力.(1)布氏硬度(HB): 以一定的负荷(一般为29.4KN)把一定大小(直径一般为10mm的硬钢球压入材料表面而形成凹坑,用凹坑的表面积来除负荷,即为硬度值.(2)洛氏硬度(HR): 以一定的负荷把硬钢球或顶角为120度圆锥形金刚石压头压入材料表面,然后以材料表面上的凹坑的深度来计算硬度大小.(3)维氏硬度(HV): 以1.18KN以内的负荷,把顶角为136度方锥形金刚石压头压入材料表面上,然后以材料凹坑上的表面积来除负荷,即得硬度值.(4)标尺A(HRA): 采用588N的负荷和金刚石压头而求得的硬度.(5)标尺B(H
4、RB): 采用980N的负荷和直径为1.59mm的硬钢球来求得的硬度值.(6)标尺C(HRC): 采用1.47KN的负荷和金刚石压头求得的硬度值. Guangzhou Seagull www.seagull- 铜的机械性能: 熔点:1083; 线膨胀系数16.6 106;导电率:95%;抗拉强度: 196-235Nmm2;伸长率45-50%;端面收缩率:65-75%;布氏硬度:HB40;颜色:红色.铜及铜合金: 一般分为:纯铜(紫铜); 黄铜; 青铜; 白铜 黄铜分为:普通黄铜;镍黄铜;铅黄铜;锡黄铜;铝黄铜;铁黄铜;锰黄铜;硅黄铜;加砷黄铜 我们公司锻造常用的铜材是普通黄铜H59及铅黄铜Hp
5、b59-1. Hpb59-1铅黄铜的主要化学成分: 含铜:57-60%; 含铅:0.8-1.9%; 铁：0.5以下； 含锌:余量; 含杂质总和:1.0% Hp59普通黄铜的主要化学成分: 含铜:57-60%; 含铅:0.8-3.5%; 含锌:余量; 含杂质总和:1.0%Guangzhou Seagull www.seagull-二,锻件成形的基本原理 第一节 金属塑性和变形抗力锻造成形是金属在锻锤的冲击力或压力机的压力作用下，在破坏自身完整性的条件下，稳定地改变其内部组织和几何形状与尺寸，获得所需要的组织结构和几何形状与尺寸的加工方法。 塑性愈高，变形抗力愈低，则可锻性愈好；反之则差。一，金属
6、塑性的基本概念及塑性指标 1，金属塑性的基本概念 塑性是指金属在外力作用下，能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力，它是金属的一种重要的加工性能。 金属塑性不是固定不变的，它受到两大方面的影响： 一个是金属的内在因素，如晶体结构、化学成分、组织状态等； 一个是受变形的外部条件，即工艺过程，如变形温度、变形速率、变形的力学状态等。Guangzhou Seagull www.seagull-2，金属的塑性指标 （1）拉伸试验 伸长率和断面收缩率 （2） 镦粗试验 压缩程度 （3）扭转试验 扭转角或扭转圈数二，变形抗力 变形抗力是指在一定的加载条件下和一定的变形温度、速度条件下，引起塑性变形的单
7、位变形力的大小，或者说金属抵抗塑性变形的能力。三，影响金属塑性和变形抗力的因素 影响金属塑性和变形抗力的因素很多，可分为三个方面： 1，金属自然性质对塑性和变形抗力的影响 合金元素含量；组织状态：晶粒度、金相组织、铸造组织、晶格结构 2，变形温度-速度条件对塑性和变形抗力的影响 （1） 变形温度的影响：Guangzhou Seagull www.seagull-温度影响规律一般是： 随着温度的升高，有利于回复和再结晶，可在变形过程中实现软化以消除加工硬化，降低变形抗力，使在塑性变形过程中造成的破坏和缺陷的恢复可能性增加；同时，随着温度的升高，可能由多相组织转变为单相组织，导致塑性提高和变形抗力
8、的降低。塑性随温度的升高而提高只在一定的条件下才是正确的，因为变形温度的影响是和材料本身的组织结构有密切关系的。 温度控制原则是：温度不能过低，否则会产生裂纹，要避开脆性区； 也不能过高，否则会发生晶粒粗大，要防止过热或过烧现象。 普通铅黄铜如HPb59-1的脆性区温度在250650 ；大于850 时易产生过热或过烧现象。3，受力状态对塑性和变形抗力的影响 在锻造成形的应力状态中，压应力个数愈多，数值愈大，金属塑性愈高，变形抗力也愈大。反之拉应力个数愈多，数值愈大，金属塑性愈低。4，其他因素对金属塑性和变形抗力的影响Guangzhou Seagull www.seagull-（1）不连续变形的
9、影响（2） 尺寸（体积）因素的影响：尺寸越大，其化学成分和组织越不均匀，且内部缺陷也越多。（3）坯料表面状况的影响： 坯料表面越光滑，锻压时的极限变形程度就越大；反之，坯料表面粗糙或有裂纹、夹杂等缺陷时，变形过程中应力集中，塑性低导致锻件开裂。（4）工具、模膛表面状况的影响： 表面粗糙，形成的摩擦力越大，产生的附加应力和残余应力就越大。 残余应力对塑性成形造成许多不良后果，如制品的尺寸和形状发生变化，缩短制品的寿命，增大变形抗力，降低金属塑性、冲击韧度及抗疲劳强度，大幅降低模具寿命。四，提高金属塑性和降低变形抗力的基本途径（1）提高材料成分和组织的均匀性 控制合金元数含量及采用热处理提高材料性
10、能（2）合理选择变形温度和应变速率 普通铅黄铜HPB59-1的变形温度范围在650 720 ，不大于750 ，其它在650 800 左右，不得低于650 ；纯铜不得大于900 。Guangzhou Seagull www.seagull-（3）选择三向压缩性较强的变形方式 如开式模具、闭式模具的锻造方式（4）减小变形的不均匀性 合理的操作规范，良好的润滑，合适的工、模具形状的等减小变形的不均匀性 第二节 塑性变形和变形力一，定义 塑性变形 金属在变形时将外力作用去除后，不能恢复到原来的形状合尺寸，保留下来的永久变形，称为塑性变形。变形程度 在锻造生产中，变形程度常用以下变形量来表示：绝对变形量
11、、相对变形量 应变速率 锻造生产中变形程度对时间的变化率。二，塑性变形过程中的力学分析 作用在变形物体上的外力有表面力和体积力（质量力）两种Guangzhou Seagull www.seagull- 表面力 表面力是作用在变形物体表面上的力，有时也叫接触力。 体积力 体积力是作用于变形物体上每个质点的力，如重力、惯性力等。 在锻造生产中通常忽略不计。 外力 锻造生产时使金属发生变形的力，称为外力。 外力主要有：作用力、约束反力、和惯性力（1）作用力 锻造设备的可动工具部分对金属坯料所作用的力，称为作用力或主动力。（2） 约束反力 变形体在主动力作用下，其运动受到工具及另外组成部分阻碍反而作用
12、于变形物体上的力，它与主动力相互约束，保证金属变形。 锻造时变形体与工具在接触表面上的约束反力有正压力和摩擦力。Guangzhou Seagull www.seagull-（1）正压力 沿工具与变形体接触面的法线方向，阻碍金属流动的力，它的方向和接触面垂直，并指向变形体。（2）摩擦力 沿工具和变形体接触面的切线方向，阻碍金属流动的力，它的方向与接触面平行，并与金属质点流动方向或变形趋势相反。 内力与应力（1）内力 当物体再外力作用下，并且物体的运动受到阻碍时，为了平衡外力面在物体内部产生的力叫内力。 内力是金属内部在外力作用下而引起变形时产生的一种抵抗力。外力去除，内力也随着消失。此外，在锻造
13、过程中，如加热不均匀，冷却不均匀，再结晶不均匀，变形不均匀及组织转变等都能产生内力。（2）应力 单位面积上的内力称为应力。=P/F 直接由外力作用引起的应力称为基本应力。Guangzhou Seagull www.seagull- 附加应力 由于金属组织、化学成分和温度差等原因，使坯料变形不均匀而引起的应力称为附加应力。 残余应力 在外力取消后，仍然留在坯料内部的附加应力称为残余应力。残余应力能使已变形的工件发生扭曲变形和产生裂纹。 第三节 金属塑性变形的基本定律 剪应力定律 金属塑性变形时，只有当其内部最大剪应力达到临界值时，才能产生塑性变形。 体积不变定律 由于金属塑性变形过程中体积变化很
14、小，通常假定金属体积在变形前后相等。 最小阻力定律 如果金属在变形过程中其质点有可能向不同方向流动的话，则变形体各质点将向阻力最小的方向流动。Guangzhou Seagull www.seagull- 第四节 金属的加工硬化和软化过程 加工硬化 金属在塑性变形过程中，随着变形程度的增加，强度和硬度提高，而塑性、冲击韧性则会降低，这种现象称为加工硬化。 加工硬化产生原因： 由于塑性变形后，晶格发生歪扭，晶粒碎化，滑移阻力增加，所以，要进一步变形，就要增大变形力，依次下去，变形程度越大，强度越高，塑性越差，加工硬化越严重。 加工硬化的危害： 容易产生裂纹和发生脆性断裂，使锻件抗腐蚀性能降低。 软
15、化过程 通过回复和再结晶过程消除加工硬化现象，称为软化过程。（1）回复： 去应力退火过程，T回（0.250.3）T熔点 。不能完全消除加工硬化现象。黄铜的回复温度一般在280300。（2）再结晶 当温度升到一定值时，变形了晶粒便开始发生变化，通常在各 Guangzhou Seagull www.seagull-被破碎晶界及晶格被歪扭的部位，由细小晶块或破碎物重新形成结晶核心，接着重新成长为等轴的小晶粒。这些小晶粒不断成长和扩大，逐渐取代已变形的晶粒，这一过程称为再结晶。 开始形成新晶粒，称为起始再结晶或一次再结晶。 温度继续升高，再结晶后的新晶粒，迅速相互吞并长大，此过程称为聚合再结晶或二次再
16、结晶。 T再=（0.40.5）T熔点；黄铜的再结晶温度一般在500600，保温2小时左右。 金属中的合金成分越复杂，再结晶温度就越高。 第五节 金属塑性变形的分类 热变形 锻造时再结晶得以充分进行的变形过程，成为热变形或热锻。 T0.7 T熔点；铅黄铜T=720 不完全热变形 锻造时再结晶进行不充分的变形，称为不完全热变形。 T=（0.50.7） T熔点； Guangzhou Seagull www.seagull- 不完全冷变形（温变形） 有回复过程，但无再结晶过程的变形，称为不完全冷变形。 T=（0.30.5）T熔点 冷变形（具有完全硬化的变形） 既无回复也无再结晶过程的变形，称为冷变形。
17、 T0.3T熔点；有时需要退火后再冷变形。 第六节 锻造成形件质量的定性分析 锻造成形件的质量与锻造成型工艺、热处理工艺及原材料的质量有关。 原材料及锻造成形过程中的缺陷类型 1，原材料中的常见缺陷 （1）伤痕、折叠和结疤；（2）发裂；（3）白点；（4）夹杂和 蔬松；（5）缩孔残余 变形过程中出现的缺陷 在锻造成形过程中，由于加热不当产生的缺陷主要有过热、过烧、加热裂纹、铜脆、脱碳、增碳等；由于锻造工艺不当产生的缺 Guangzhou Seagull www.seagull-陷主要有晶粒粗大、晶粒不均匀、折叠、裂纹（十字裂纹、表面龟裂、飞边裂纹、分模面裂纹、孔边龟裂等）、穿流、带状组织等；由于
18、锻后冷却不当产生的缺陷主要有冷却裂纹、网状碳化物等；由于锻后热处理不当产生的缺陷主要有硬度过高或过低，硬度不均匀等。 锻件中的空洞及裂纹 空洞及裂纹形成的过程： 坯料易存在像疏松、缩孔残余、第二相及杂质物等各式各样的缺陷，这些缺陷，特别是夹杂物或杂质质点一般都位于晶界处，在锻造成形过程中，当施加的外载荷达到一定程度时，有夹杂物或第二相质点等缺陷的晶界处，会分裂而形成微观空洞。这些空洞随外载荷的增加而长大、聚集，最后形成裂纹；或锻造成形后，坯料表面氧化物及杂质会留在锻件表面0.20.5mm深处，当超声波清洗及电镀后，这些杂质会脱落，而在表面形成空洞，俗称为砂孔等缺陷。1，形成裂纹的力学分析 锻造
19、成形过程中，材料内部的应力除了由外力引起外，还有因变形不均匀而引起的附加应力，温度不均匀而引起的温度应力和组织Guangzhou Seagull www.seagull-转变不同时产生的组织应力。当这些应力超过材料极限值时都会使材料发生破坏，而产生裂纹。（1）由外力直接引起的裂纹 如弯曲、校直、镦粗、扩孔、扭转等加工工序会产生裂纹。 消除的方法： 提高工模具表面的光洁度，采用合适的润滑剂来减少工件与工具间的摩擦力或采用软垫先变形而产生强烈的经向流动，使变形尽可能均匀。（2）由附加应力及残余应力引起的裂纹 当附加应力及残余应力超过材料强度极限值时，便会产生裂纹。 如：挤压棒材时，由于受到模口摩擦
20、阻力影响，表层金属流动得慢，心部金属流动得快，由于金属坯料是一体，流动快得心部坯料必然会拉动流动慢得外表层，这样外表层金属受拉，心部金属受压，在表层就容易引起横裂。（3）由温度应力及组织应力引起的裂纹 当加热或冷却时由于坯料内部温度部均匀造成热胀或冷缩不均匀而引起的内部应力称为温度应力或热应力。Guangzhou Seagull www.seagull-2，形成裂纹的组织分析 锻造成形中的裂纹一般产生于晶界或相界处。（1）材料中由冶金和组织缺陷处应力集中而产生裂纹。在原材料的缺陷处，如缩孔、残余缩孔、疏松、夹杂物等的尖角处，特别是第二相的尖角处容易产生微观裂纹，进而发展成宏观裂纹。（2）第二相
21、及夹杂物本身的强度低和塑性低而产生裂纹。（3）第二相及非金属夹杂与基体之间在力学性能和理化性能上有差异而产生裂纹。 锻件中防止产生裂纹的原则措施（1）提高原材料的质量。表面质量：表面光滑，无伤痕、发裂、疏松等缺陷，表面粗糙度3.2以上的挤压棒为佳；内部质量：成分符合标准，晶粒均细，无气孔、杂质、内部裂纹等缺陷。二相分配合理（8：2） （2）选择和控制合适的变形温度及变形速度（3）增加三向压力（加大设备吨位、采用闭模、增加阻沟槽、排气孔、预锻加终锻等）（4）采用中间退火，以消除变形过程中产生的硬化、变形不均匀、残余应力等Guangzhou Seagull www.seagull- 锻件中的折叠（
22、夹层、重叠等） 折叠是在金属变形流动过程中已氧化过的表面金属汇合在一起而形成的。 1，折叠特征（1）折叠与其周围金属流线方向一致。（2）折叠尾部一般呈小圆角或鸡爪形。（3）折叠两侧有较重的脱碳或氧化现象。 2，折叠的类型及形成过程（1）由两股（或多股）金属对流汇合而形成的折叠。（2）由一股金属的急速大量流动将临近部分的表层金属带着流动，两者汇合而形成折叠。（3）由于变形金属发生弯曲、回流而形成折叠。（4）部分金属局部变形，被压入另一部分金属内而形成折叠。3，预防原则措施（1）选择合适的模具R角和脱模斜度。（2）选择合适的变形量。（3）复杂工件要采取预锻或选择合适的流线方向。Guangzhou
23、Seagull www.seagull-第二章第二章 下料与加热规范下料与加热规范一，算料和下料一，算料和下料 算料的基本公式: 锻造前的坯料体积和锻造后的体积基本相等.根据锻件毛坯图计算出毛坯及预留飞边的体积，再根据材料比重计算出锻件质量（重量）。 铜合金锻造中常以铜料质量来控制下料: G=V G-质量; -材料密度; V-材料体积 Hpb59-1铅黄铜的密度是:8.5 经验公式: N=D*D*L*0.0067; L=NDD0.0067 N是质量(g); D是直径(mm); L是长度( mm); Guangzhou Seagull www.seagull-Guangzhou Seagull
24、www.seagull- 下料的方法 铜棒下料最常用的办法有剪切和锯切。剪切因设备投资较大且场地要宽大。 锯切设备投资较小，有手动机和自动机。简易手动下料机价值在2000元左右；简易自动下料机价值在10000元左右。 规模不大时，采用简易手动机，每人每班5000件左右；而规模较大，每日产能3万件以上时，宜采用自动下料机，以减少人力成本的支出，每台班产5000件左右，一人可同时操作46台自动机。 锯片常用规格： 180*32*2*90；170*32*1.5*72；150*32*1.2*72；120*27*1.0*72； 100*27*0.8*72；80*27*0.6*72等 锯片与铜棒规格的选择
25、关系见表1-4 Guangzhou Seagull www.seagull-开料的操作规范：开料的操作规范：.作业规范锻造开料操作指导书.docGuangzhou Seagull www.seagull-二，加热及加热规范二，加热及加热规范 加热的目的和要求1，加热的目的 提高金属的塑性，降低金属的变形抗力，既增加金属的可锻性，使金属易于流动成形，并使锻件获得良好锻后组织和力学性能。2，加热的要求（1）在金属材料所允许的导热性和内应力的条件下，以最快的速度加热到预定的温度，提高效率，节约能源。（2）尽可能减少加热金属吸收有害气体，如氧、氢、氮等气体，减少氧化等缺陷，提高加热质量。（3）在低温加
26、热阶段，要防止因加热不当引起的材料裂纹等，（4）准确实施给定的加热规范，防止产生过热、过烧等现象。 金属坯料的加热方法 一般分为火焰加热和电加热两种Guangzhou Seagull www.seagull-1，火焰加热，火焰加热 火焰加热是把燃料（煤、焦碳、重油、柴油、煤油、煤气、天然气）在加热炉内燃烧，通过所形成的燃烧产物，以对流或辐射的方式把热量传递坯料表面，再由坯料表面向中心传导，使坯料加热到所需要的温度。 在普通高温锻造炉中，辐射传热量可占到总传热量的90%以上，通过火焰加热的装置称为火焰炉。 火焰加热的劳动条件差，炉内气氛、炉温、及加热质量较难控制。2，电加热，电加热 电加热是通过
27、电能转变为热能来加热金属坯料，电加热具有加热速度快、炉温控制准确、加热质量好、工件氧化少、劳动条件好、易于实现自动化操作等优点。 主要用于精锻和有色金属锻造。电加热设备有电阻炉、感应加热炉及接触电加热装置等。 Guangzhou Seagull www.seagull-3，感应加热的原理及优缺点，感应加热的原理及优缺点 在感应器通人交变电流产生的交变磁场作用下，置于交变磁在感应器通人交变电流产生的交变磁场作用下，置于交变磁场中的金属坯料内部便产生交变电势并形成交变涡流。由于金属场中的金属坯料内部便产生交变电势并形成交变涡流。由于金属坯料电阻引起的涡流发热和磁滞损失发热，使坯料得到加热，由坯料电
28、阻引起的涡流发热和磁滞损失发热，使坯料得到加热，由于感应加热时的趋肤效应，金属坯料表层的电流密度大，中心电于感应加热时的趋肤效应，金属坯料表层的电流密度大，中心电流密度小。感应加热时热量主要产生于坯料表层，并向坯料心部流密度小。感应加热时热量主要产生于坯料表层，并向坯料心部进行传导。进行传导。 锻造加热时多采用中频加热。锻造加热时多采用中频加热。 感应加热速度非常快，不用保护气氛也可实现少氧化加热感应加热速度非常快，不用保护气氛也可实现少氧化加热（烧损率一般在（烧损率一般在0.5%）。感应加热规范稳定，便于机械化、自动）。感应加热规范稳定，便于机械化、自动化操作，易装在生产流水线上，大批量生产。但设备投资较大，化操作，易装在生产流水线上，大批量生产。但设备投资较大，耗电量也较大，一种规格感应器所能加热的坯料尺寸范围较窄。耗电量也较大，一种规格感应器所能加热的坯料尺寸范围较窄。 Guangzhou Seagull www.seagull-加热温度控制规范加热温度控制规范加热规范：加热规范：ZY-702ZY-702加热加热加热加热规范规范规范规范ZY-701ZY-701规范细则规范细则规范细则规范细则
