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金属锻件的生产过程

发布时间: 2013-5-16 14:13:07
各种锻造的工艺过程都包括备料、加热、锻造成形、冷却和锻后处理等工艺环节。 1.备料
  锻造大、中型锻件时多使用钢锭,锻造小型锻件时则使用钢坯。用于锻造的金属材料必须具有良好的塑性,以便锻造时容易产生塑性变形而不被破坏。低碳钢,中碳钢,合金钢以及铜、铝等非铁合金均具有较好的塑性,是生产中常用的锻造材料。受力大的或要求有特殊物理、化学性能的重要零件需用合金钢。铸铁塑性很差,属于脆性材料,不能锻造。
2.加热
  (1)加热目的
  加热可以提高金属的塑性,降低金属变形抗力,使之易于成形,并获得良好的锻后组织和力学性能。
  (2)加热规范
  锻件加热规范是指锻件在加热过程中各阶段的炉温和时间关系。加热规范具体包括:
  ①始锻温度:开始锻造时金属表面的温度叫做始锻温度。主要受过烧温度的限制而不能太高,一般应低于金属熔点150-250℃。
  ②终锻温度:停止锻造时金属表面的温度叫做终锻温度。终锻温度过低会使塑性降低,变形抗力增大,并可能导致出现裂纹,终锻温度过高会使金属组织粗大。
  ③锻造温度范围:始锻温度和终锻温度之间的温度区间叫做锻造温度范围。在此温度范围内,金属有良好的可锻性即足够的塑性,低的变形抗力和合适的金相组织。为了减少加热火次,一般都力求扩大锻造温度范围。
  ④加热速度:是指金属被加热时的表面升温速度,常用℃/min或℃/h表示。
  (3)加热设备
  在锻造生产中,根据热源的不同,分为火焰加热和电加热,常用的加热设备有反射炉和箱式加热炉。
3.锻造成形
  金属加热后,就可锻造成形。按照锻造时所用的设备、工模具及成形方式的不同,锻造可分为自由锻和模锻。
4.冷却
  锻件冷却时,表面降温快,内部降温慢,表里收缩不同,会产生温度应力;若金属有同素异构转变,则冷却时有相变发生,相变前后组织的比容会发生变化,而锻件表里相变时间不同,会产生组织应力。在这两种应力以及锻件在锻压成形过程保留下来的残余应力的应力叠加作用下,如果超过材料的屈服强度,便会导致锻件产生变形;如果超过材料的抗拉强度,便会导致锻件产生裂纹。
为保证锻件质量,应采用正确的锻后冷却方法进行冷却。锻件的冷却规范有:
  ①风冷:将锻件放在通风的地方,用风机吹风冷却,冷却速度最快。
  ②空冷:将锻件放在地面上,自然冷却,冷却速度快。
  ③坑冷:将锻件放在地坑或铁箱中冷却,冷却速度较慢。
  ④灰砂冷:把锻件用有一定厚度(大于80mm)的干燥的砂或灰埋起来冷却,所用的砂或灰最好事先也要加热到一定温度(约500-700℃),缓慢冷却到100-150℃之后再出灰空冷,冷却速度慢。
  ⑤炉冷:将锻件装入炉温为600℃左右的加热炉中,随炉缓慢冷却到100-150℃后再出炉空冷,冷却速度最慢
  ⑥消除白点的等温退火:停锻后直接装入加热炉,按热处理工艺升温,保温,降温,进行退火,以消除白点,也称扩氢处理。
锻件从终锻温度冷却到室温的过程中,其组织和性能要发生一系列变化。例如某些合金钢在冶炼时会产生氢,若在锻后冷却过程中又有很大的组织转变能力,锻件内部就会出现许多不连续的白色点状小裂纹,叫做白点。奥氏体不锈钢若在800-550℃范围内缓冷,会有大量含铬的碳化物沿晶界析出,使晶界产生贫铬现象,降低钢的抗晶间腐蚀能力。 5.热处理
  锻造是机械零件生产中的头道工序,为了给后续的机加工、热处理等工序做好准备,应消除锻件内的应力,并使其具有合适的硬度和稳定细小的组织。
锻件热处理的目的:调整锻件硬度,以利于对锻件进行切削加工;消除锻件内应力,以免在后续加工时变形;改善锻件内部组织,细化晶粒,为最终热处理做好组织准备;对于不再进行最终热处理的锻件,应保证达到所要求的组织和力学性能。 结构钢锻件采用退火或正火处理,工具钢锻件采用正火+球化退火处理,对于不再进行最终热处理的中碳钢或合金结构钢锻件可进行调质处理。 本文参考《金属工艺基础与实践》一书。
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