1、第三章 锻前加热、锻后冷却和锻件热处理 3-1 锻前加热,一、锻前加热的目的 1. 提高金属的塑性，降低变形抗力，使之易于塑性变形； 2. 使组织均匀，以获得良好的锻后组织和力学性能。45钢在不同温度下的抗力强度和塑性加热对于提高生产率，保证锻件质量以及节约能源有着直接、重要的影响。,二、加热方法,根据加热时的能源性质不同，加热方法可以分为火焰加热和电加热两大类。 1. 火焰加热利用燃料（煤、焦炭、重油、柴油和煤气）在火焰加热炉内燃烧产生含有大量热能的高温气体（火焰），通过对流、辐射把热能传给毛坯表面，再由表面向中心热传导而使金属毛坯加热。燃料的燃烧时燃料种的可燃物质与空气中的氧剧烈反应的过程
2、，可燃物质与空气的配备比例不同，所放出的热量也是不同的。为了使燃料能够充分燃烧，实际供给的空气量要比理论需要的空气量稍大。实际供给的空气量与理论空气需要量之比，称为空气过剩系数。式中：空气过剩系数；L实实际供给的空气量（m3/kg）；L理理论空气需要量（m3/kg）。,1：实际供给的空气量过多，达到完全燃烧，得到氧化性火焰，火焰短而明亮。在氧化性火焰下加热，坯料表面生成较厚的氧化皮，长时间的加热会增加坯料的烧损和出现加热缺陷。快速加热时用氧化性火焰。 1：燃料与空气的配备比例合适，时理想的火焰，称为中性火焰，但是在加热时较难控制。火焰加热的特点： （1）优点：燃料来源广；炉子建造容易；加热费用
3、相对较低，对坯料的适应范围广。,（2）缺点：劳动条件差；加热速度慢；炉温不宜控制；金属材料的氧化烧损严重；对环境有污染，特别是燃煤加热对环境污染严重。,2. 电加热 电加热是通过把电能转换为热能来加热坯料的，其加热方式有感应加热、接触电加热、电阻炉加热和盐浴炉加热等,（1）电阻炉、接触电加热和盐浴炉加热 1）电阻炉加热 利用电流通入炉内的电热体所产生的热量，以辐射与对流的方式来加热金属毛坯。金属电热体有：铁铬铝合金(Cr25Al5、 Cr17Al5、 Cr13Al4)和镍铬合金(Cr20Ni80、Cr15Ni60)，做成线状或带状，使用温度一般在1100以下；非金属电热体：碳化硅、二硅化钼，制
4、成棒状，使用温度可高达1350 以上。 优点：对毛坯加热的适应范围较大，便于实现加热机械化自动化，也可用保护气体进行少无氧化加热。 缺点：加热温度受到电热体的限制，热效率比其他电加热法低得多。,2）接触电加热 以低压大电流直接通入金属毛坯，由于金属存在一定电阻，电流通过就会产生热量，从而使之加热。 优点：加热速度快，金属烧损少，加热温度范围不受 限制（可局部加热），热效率高，耗电少，成本低，设备简单，操作方便。 缺点：毛坯的表面粗糙度和形状尺寸要求严格，特别 是毛坯的端部必须规整，不得产生畸变，加热变截面坯料会产生温度不均匀。加热温度的测量和控制也比较困难。适用于长毛坯的整体或局部加热。,（2
5、）感应加热,1）感应加热的原理感应加热炉是以电磁感应现象为基础的。当交变电流通过感应线圈时，在线圈中感生交变磁场，交变磁场又感生出交变的电场。在线圈中置一根金属棒料（坯料），棒料则出现感生电动势，产生强大的涡流。由于棒料具有电阻，就使感生电流转换成热能，达到加热目的。 2）趋肤效应坯料进行感应加热时，沿坯料断面的电流密度分别是不均匀的。中心电流密度小，表层电流密度大，这种现象称为电流的趋肤效应。电流集中的表面厚度称为电流的穿透深度，用“”表示。,式中：电流穿透深度（mm）；f电流频率（Hz）；r相对磁导率。对于各类钢，在760（居里点）以上时r =1；电阻率（cm）由上式可知，电流的穿透深度与
6、电流频率呈反比。频率越高，电流的穿透深度越浅。由于趋肤效应，表层金属主要是电流通过而被加热，心部金属则靠外层热量向内传导加热。对于大直径的坯料，如采用高频率感应加热炉加热，就可能出现表里温度不均匀，心部温度过低，如要提高心部温度，延长加热时间，表层金属会因温度过高而产生过热、过烧等加热缺陷。而选用较低的频率感应加热，可以增加电流的穿透深度，达到表里同时加热的目的。对于小直径坯料，高频电流可以穿透到心部，而且可以提高加热效果。,锻造用中频 感应加热炉,3）感应加热炉的特点 优点：加热速度快；氧化烧损极少；热效率高；温度可 以精确控制；劳动条件好；可以实现自动化加热。 缺点；感应线圈（加热器）的尺
7、寸对坯料的规格有一定 的限制。 感应加热是目前锻造加热最先进的加热方法，在模锻中应用特别广泛。,3. 少无氧化加热精密模锻前，坯料必须采用少无氧化加热。少无氧化加热减少了钢材的氧化、脱碳和烧损，有利于提高模具寿命，锻件精度和材料利用率。少无氧化加热方法：保护气氛加热炉、盐浴炉等。感应加热的氧化、脱碳和烧损极少，坯料的烧损一般在0.5%以下，也可用于精密模锻。,三、加热缺陷及防止,坯料在加热过程中因加热工艺、操作等原因所引起的常见加热缺陷：氧化、脱碳、过热、过烧和裂纹等。 1. 氧化 在高温下金属和炉气中的氧化性气体发生化学反应，在坯料表面生成氧化膜（皮）。 （1）影响氧化的因素 1）炉气性质
8、炉气性质取决于燃烧是的空气供给量L实。1时，炉内呈氧化性气氛，促使氧化皮生成；1时，炉内有过量的CO、H2，呈还原性气氛，坯料氧化很少，甚至不氧化。Fe + 1/2O2 FeOFe + CO2 FeO+COFe + H20 FeO+H2FeO + 1/2 O2 Fe 3O4 2Fe 3O4 + 1/2 O2 3Fe2o3,2）加热时间 钢的加热时间越长，氧化扩散能力越大，形成的氧化皮越厚。在高温下加热时间越长，氧化月严重。 3）加热温度 加热温度升高，氧化扩散速度加快，氧化烧损也严重，形成的氧化皮也就越厚。钢在600以前的氧化速度较慢，当温度超过900950时，氧化程度急剧增加。4）金属的化学
9、成分和坯料的相对表面积钢的含碳量大于0.3%时，随含碳量的增加，氧化程度减小，是因为坯料表面生成CO，降低了氧化性气体对坯料表面的作用。Cr、Ni、Al和Mo等能在坯料表面生成致密的氧化膜，阻止了氧化性气体向坯料心部的扩散，可降低氧化程度。坯料的表面积小，接触炉气的面积也小，氧化烧损就相对较少。,（2）氧化的危害,1）造成金属的烧损。不同加热方法的烧损率见下表2）加剧了模具的磨损。氧化皮硬而脆，使模具寿命缩短； 3）影响了锻件表面的粗糙度值，形成麻点或垫坑； 4）脱落在炉底的碱性氧化皮与酸性炉底发生化学反应，使炉底过早损坏； 5）氧化皮过厚，必然增加锻件的机械加工余量，增加了材料消耗； 6）影
10、响了锻件的锻后热处理工艺。（3）减少氧化的措施 1）采取快速加热，缩短加热时间，特别是在高温下的加热时间； 2）在保护性介质或气氛中加热。,2. 脱碳 钢在加热时，其表层的碳与炉气中的氧化性气体（O2、H2O、CO2等）及某些还原性气体（H2）发生化学反应，造成坯料表面的含碳量降低。,3Fe3C + O2 6Fe +2COFe3C + 2H2 3Fe + CH4Fe3C + H2O 3Fe + CO + H2Fe3C + CO2 3Fe +2CO脱碳和氧化皮生成是同时存在的，影响脱碳的因素与影响氧化的因素相似。脱碳的危害： （1）脱碳的存在，造成零件淬火软点，影响其力学性能，减低了耐磨性； （
11、2）脱碳层深度过深，只能靠增加机械加工余量的方法消除，加大了材料消耗。一般情况下，用于防止氧化的措施，都可用于防止脱碳。3. 过热 当坯料加热温度超过始锻温度，或在高温下停留时间过长，而引起晶粒粗大的现象，称为过热。过热不但使坯料晶粒粗大，在相同的条件下，锻件冷却后晶粒仍然粗大，导致锻件的强度和冲击性能显著下降。,过热分为稳定过热和不稳定过热。,（1）不稳定过热 由于单纯的原高温奥氏体晶粒粗大形成的过热，称为不稳定过热。可用一般的热处理方法消除，如正火等。 （2）温度过热 除原高温奥氏体晶粒粗大外，沿奥氏体晶界大量析出第二相（包括杂质元素组成的化合物，如硫化物、碳化物和碳氮化合物等）质点以及其
12、他促使原高温奥氏体晶界稳定的因素，这种过热称为稳定过热。稳定过热用一般热处理方法不易消除或改善，如碳化物网状组织。只能用锻造方法，通过加大变形程度，打碎网状碳化物，并使其呈弥散分布。只有严格遵守锻造加热规范，尽可能缩短在高温下的停留时间，可以有效防止过热的产生。,4. 过烧 当坯料的加热温度高于过热温度，并且长时间在炉内停留时，不但高温奥氏体晶粒粗大，还有氧化性气体渗入晶界，形成低熔点的共晶氧化物。破坏了基体金属的连续性，锻造时一击便碎。这种现象称为过烧。,过烧是锻件的致命缺陷。出现过烧锻件只能报废。对于大型锻件，若局部过烧，只能将过烧部分切除。5. 裂纹 钢在加热过程的某一温度下，内应力超过
13、它此时的强度极限，就会产生裂纹。加热时材料的内应力主要有：温度应力、组织应力和残余应力。 （1）温度应力 坯料在加热过程中，由于其表层温度高于心部温度，引起表层与心部的膨胀不均匀，这样所引起的内应力为温度应力，也称热应力。,坯料的截面尺寸越大，其表里温度差也越大，产生的温度应力就大。 注意：1）钢在低于500550时，钢材处于弹性状态，若此时快速加热，表里温差大，温度应力也大，超出材料强度极限时，坯料即会开裂。2）加热温度超过500550时，钢材处于塑性状态，塑性好，变形抗力较低，即是坯料的表里温差大，处于拉应力的温度应力可以是坯料产生塑性变形，使温度应力得以释放，不会造成坯料的开裂。（2）组
14、织应力 具有相变的钢在加热过程中，表面首先发生相变，并且相变前后组织的比容发生变化，所引起的内应力称为组织应力。组织应力与温度应力一样，也是三向应力状态。,当表层由珠光体转变为奥氏体时，表层拉应力，心部压应力。此时表层的拉应力正好与同位置的温度应力方向相反，使拉应力值下降，不会出现开裂。当心部也发生相变时，表层为压应力，心部为拉应力，此时心部的拉应力与同位置的温度应力同向，增加了开裂的趋势。但是当心部相变时，坯料已经处于高温，呈塑性状态，塑性变形可以使拉应力得到释放，不会出现开裂。由此可见，在加热过程中，组织应力无产生开裂的危险性。（3）残余应力 钢锭在加热、冷却过程中，由于外层和中心冷却秩序
15、不同，各部分的相互牵着，并保留在钢锭中，形成残余应力。由于钢锭外层冷的快，心部冷得慢，残余应力在钢锭的外层为压应力，心部为拉应力。其中心的拉应力正好与同位置温度应力同向，增加了钢锭加热是心部开裂的趋势。采用多段加热规范，低温阶段缓慢加热，可以避免加热时坯料的开裂。只有当加热至坯料塑性状态时，可以快速加热，发挥加热炉的最大能力。,四、锻造温度范围的确定,1. 确定锻造温度范围的基本原则和方法 （1）锻造温度范围 开始锻造温度（始锻温度）至结束锻造温度（终锻温度）之间的温度区间。 （2）确定锻造温度的原则 1）要求钢在锻造温度范围内具有良好的塑性和较低的变形抗力，即可锻性好； 2）锻造温度范围尽可
16、能宽些，以便延长锻造时间，减少加热次数，提高生产效率、降低能源消耗； 3）能得到高质量的锻件，即有较好的断口组织和性能。 （3）确定锻造温度范围的基本方法以铁碳平衡图为基础，参照塑性图、抗力图和再结晶图，由塑性、组织性能和变形抗力三个方面综合分析，从而确定出始锻温度和终锻温度。,1）始锻温度的确定,从铁碳平衡图可见，钢的含碳量不同，其固相转变线是不同的。当加热到A3、A1和Acm线以上，固相线以下，得到单相奥氏体组织。奥氏体组织塑性好，变形抗力小，易于塑性变形。首先保证钢不出现过热和过烧现象。一般应低于铁碳平衡图的固相线(或熔点)150250 。在有些情况下，还应考虑坯料的原始组织、锻造方式和
17、变形工艺等因素。, 钢锭的始锻温度比同种钢的钢材要高2050。因为以钢锭为坯料时，由于其液态凝固时所获得的原始晶粒组织比较稳定，产生过热和过烧的倾向性小。 当采用高速锤锻造时，始锻温度应比通常的始锻温度低。因为高速变形时热效应非常显著，要防止过热。 对于大型锻件的锻造，如果此时的锻比小于1.5，则应适当降低始锻温度，以防晶粒长大。这是因为在确定其最后一火(或两火)的始锻温度时，必须考虑最后工序剩余的锻造比，这对不能用热处理方式细化晶粒的某些特殊钢来说尤其重要。,（2）终锻温度的确定,在确定终锻温度时，既要保证钢在终锻前具有足够的塑性，又要时锻件获得良好的组织性能。终锻温度应高于再结晶温度，保证
18、再结晶完全，以获得细晶粒组织的锻件。 从铁碳平衡图可见，终锻温度应高于A1线以上2575.若低于A1线就会出现珠光体组织，时塑性显著下降，变形抗力增大，加工硬化严重，容易导致锻件开裂。 含碳量不同的钢，其终锻温度也是不同的。 低碳钢：终锻温度在A3线以下处于奥氏体和铁素体的双相区，二者的塑性都很好，不会给锻造带来困难。 中碳钢：终锻温度基本上处于单相奥氏体区内，塑性好，完全满足终锻要求。 高碳钢：终锻温度在A1线以上，Acm线以下，线以上50 100 。若高于Acm线结束锻造，停锻温度过高，不仅使晶粒粗大，还会沿晶界析出网状渗碳体，降低了锻件的力学性能。终锻温度在Am线以下时，不能停锻，应继续
19、锻造，以破碎网状渗碳体且呈弥散分布。有利于提高锻件的力学性能。,在确定终锻温度时，还要考虑以下几点； 对于无相变的钢种，由于不能用热处理的方法细化晶粒，只有依靠锻造来控制晶粒度。为了使锻件获得细小晶粒，这类钢的终锻温度一般偏低。 对于某些特殊工序，其终锻温度还要作相应调整。例如精整工序的终锻温度一般允许比规定值低 。 对于锻后立即进行锻件余热热处理时，为满足余热热处理的温度要求，其终锻温度有时可以稍高些，当锻件的材料为低碳钢时，其终锻温度可以稍高于线。,加热规范是指金属从装炉开始到结束加热的整个过程中，对炉子温度和金属温度随时间变化的规定。 1.加热规范的主要内容装炉温度、加热各个阶段炉子的升
20、温速度、各个阶段加热（保温）时间和总的加热时间、以及最终加热温度、允许的加热不均匀性和温度头等。 2.制定加热规范的原则在保证毛坯加热质量前提下，缩短加热时间和节省燃料，力求加热过程越快越好。 3. 加热规范的确定方法 （1）装炉温度 通常装炉温度对导热性好及断面尺寸小的钢料影响不大，一般不考虑装炉温度。但对导热性差及断面尺寸大的钢料，则应限制装炉温度，尤其对大钢锭及高合金钢，除限制装炉温度外，还应在该温度下进行保温。因为在开始预热阶段，钢料温度低、塑性差，而且在200 400范围内存在兰脆区。但在450 以后,塑性指标、显著提高，而b和 s逐渐降低。所以，一般高速钢的装炉温度为450 600
21、 ，高锰钢为400 450 。 （2）加热速度 可能的最大的加热速度（快速加热）：炉子以最大的供热能力加热 时所能达到的加热速度；金属允许的加热速度：金属在加热时不产生加热裂纹的加热速度。 温度头：炉温与坯料表面的温差。,五、钢的加热规范,1）低温阶段（约在800前） 炉温与毛坯表面温度间的差别很大，即温度头大。这时的加热速度若达到最大值，由此引起的温度应力也可能最大。同时，由于钢料在低温时的塑性较差，特别是有蓝脆温度区及原有残余应力的存在，因此，钢在这个阶段产生裂纹的危险性最大 (这时的快速加热要特别注意)。 2）高温阶段 由于钢的塑性急剧的增加，温度应力和残余应力逐渐得到消除，产生裂纹的危
22、险性也就大为减少，因此，可以用最快的加热速度加热。只有加热导热性很差的高碳钢、高合金钢或断面尺寸较大的钢锭，因为产生裂纹的可能性较大，所以需要低温预热，要待塑性提高和产生裂纹的危险性消除以后，方可用最大的、技术上所能达到的加热速度来加热。对于那些导热性较好的低碳钢、低合金钢或断面尺寸较小的钢锭，均可不经预热，而直接装入炉温等于或高于始锻温度的炉内，以最大的加热速度进行加热。,（3）均热保温,1）装炉温度下的保温，目的是防止金属在加热过程中，因温度应力而引起破坏，特别是钢在200 400 的蓝脆破坏。 2）700 850 的保温，目的是为了减少前段加热后钢料断面上的温差，从而减少钢料断面内的温度
23、应力和使锻造温度下的保温时间不至过长。 3）终锻温度下保温，目的除减少钢料断面上的温差以使温度均匀外，还可借助扩散作用，使组织均匀化，减小变形的不均匀。这样不但提高了金属的塑性，而且对提高锻件质量也有一定的重要意义。如高速钢在终锻温度下的保温的目的，就是使碳化物溶于固溶体中。但是对有些钢，如铬钢（r）在高温下容易产生过热。因此在锻造温度下的保温时间不能太长，否则将产生过热和过烧。,（4）加热时间,坯料在炉中均匀加热到规定温度所用的时间，它是加热各个阶段保温时间和升温时间的总和，一般按实验数据和图表确定。也可以按经验公式确定。4. 不同规格钢锭、钢材的加热规范 （1）钢锭和大钢坯的加热规范冷锭料
24、(装炉时的温度为室温)加热规范：关键是控制低温阶段(600 以下)的加热速度：由于各种材料的冷钢锭低温时的导热系数相差很大，因此，同样温度下其温度应力相差也很大。另外钢锭在600 以下塑性较差，其心部存在与温度应力同向的残余应力，如果加热规范不当容易引起钢锭开裂。 所以，冷钢锭的加热应按导温性和塑性的大小分组制定相应的加热规范。,热锭料(炼钢车间浇铸的钢锭直接保温送到锻造车间装炉加热，其装炉时的表面温度不低于550 650)采用热锭料加热不但避免产生残余应力和降低温度应力，而且缩短加热时间，减少氧化损失及燃料消耗，避免钢锭冷却产生缺陷，提高炉子生产率。一般装炉温度约为800 1200 。热钢锭
25、的加热规范，主要取决于它的断面尺寸，而与它的化学成分无关。原因是： 1）各种钢料高温时的导温系数很接近，因此各钢种的热锭和热钢坯可以使用同一加热规范； 2）热锭装炉时的心部温度高于表面（高出300 左右），当开始加热时，表面温度升高，而心部则继续降低，因而断面温差小，相应的温度应力也小。当温度继续提高，断面温差虽然有所增大，但这时钢锭已具有较高的塑性，温度应力的危险性不大，故对钢锭加热可不限制装炉温度和升温速度，可按最大加热速度加热至所规定的最高温度。但是，当钢锭达到最高温度后，必须进行长时间保温，使其均匀。,（2）钢材或中小钢坯的加热规范,大部分中小模锻件和自由锻件多采用钢材或中小钢坯作为原
26、材料。特点是尺寸较小，经过了初期的压力加工成形(钢锭锻造成钢坯或轧制成钢材等)，其强度和塑性得到了提高，同时消除或减小了残余应力，因此加热时不易产生破坏。其加热规范的特点如下： 1）可高温装炉，快速加热。 2）这类原材料当加热到始锻温度后可不保温而立即出炉锻造。 3）始锻温度在保证不出现加热缺陷的条件下尽可能高些，这样有利于降低变形抗力和提高金属的塑性，有利于金属流动成形，另外，当操作速度较快，温降较小时，其终锻温度较高，可进行余热热处理。 对于断面尺寸在150200mm以下的碳素结构钢和直径小于100mm的合金结构钢，可按最大可能的加热速度加热，采用一段加热规范，炉子温度通常为1300 13
27、50。 断面尺寸在200 300mm，含碳量大于0.45的碳素钢和合金结构钢的钢坯，采用三段加热规范。,六、少无氧化加热,少氧化或无氧化加热是广泛用于精密成形工艺的一种加热方法。它不但可以减少金属的氧化烧损（烧损量小于0.5），提高加热质量，而且还可以提高锻件的尺寸精度和表面光洁度，以及模具的使用寿命等。因此，它是现代化加热技术的发展方向。实现少无氧化加热的主要方法有：快速加热、介质保护加热、少无氧化火焰加热等。 1. 快速加热：采用技术上允许的加热速度来加热金属。 2. 介质保护加热：通过保护介质把金属坯料与氧化性炉气隔开而进行的加热。 气体介质：惰性气体、利用燃料不完全燃烧所产生的保护气体
28、等。 液体介质：熔融玻璃、熔融盐。 固体介质：玻璃粉、珐琅粉、石墨粉等。,3-2锻后冷却,锻后冷却的重要性不亚于锻前加热和锻造变形过程，有时钢材采用正常的加热规范和适当的锻造，虽然可以保证获得高质量的锻件，但如果锻后冷却方法选择不当，锻件还有可能产生裂纹甚至报废。锻后冷却：结束锻造后从终锻温度冷却到室温的过程。对于一般钢材的小锻件锻后可直接放在地上空冷，但对合金钢锻件或大锻件，则应考虑合金元素含量和断面尺寸大小来确定合适的冷却规范。否则，容易产生缺陷。常见缺陷：裂纹、白点、网状碳化物。,一、常见缺陷产生的原因和防止措施,1. 裂纹：冷却过程中产生的内应力引起的。由于锻件冷却后期温度低塑性差，因
29、此冷却内应力较加热时的内应力危险更大。 （1）温度应力：冷却过程中内外温度不同造成冷缩不均而产生的（表面较心部温度低，表面的收缩受到心部的阻碍，在表面产生拉应力，心部压应力） （2）组织应力：锻件在冷却过程中如有相变发生，由于锻件表面和心部相变不同时进行产生组织应力。当锻件表面冷却到马氏体转变温度时，表面首先进行马氏体转变，而心部仍处于奥氏体状态。由于二者的相变时间、比容不同，锻件表面的体积膨胀受到心部的制约，表面为压应力，心部为拉应力。当温度进一步冷却，心部马氏体含量逐渐增加，体积膨胀越来越大，而表面体积不再变化，表面为拉应力，心部为压应力。 （3）残余应力：加热后的钢料在锻造过程中，由于变
30、形不均或加工硬化所引起的内应力，如未能及时得到再结晶软化将其消除，便会在冷却终了时保留下来构成残余应力。冷却初期温度应力引起锻件裂纹的可能性较大，但是冷却初期锻件还处于高温，材料呈现塑性状态，因此不会造成锻件开裂。而产生组织应力时，材料已在相变区，塑性明显下降。由于在锻件表面呈拉应力，会出现表面裂纹。如高速钢在室温仍进行残余奥氏体向马氏体转变，时锻件表面拉应力增大而出现裂纹。故高速钢锻后应及时进行退火。,2. 白点,锻件在快速冷却过程中，由于钢中的氢和组织应力共同作用而在纵向断口上呈圆形或椭圆形的银白色斑点，而在横向上呈细小的裂纹。白点的存在对钢的性能极为不利，它使钢的力学性能降低。热处理时易
31、使零件产生淬火开裂，使用时易造成零件断裂。原因是白点处为应力集中点，在应变和重复载荷作用下，常常成为疲劳源而导致零件疲劳断裂。白点多发生在珠光体类和马氏体类合金钢中，碳素钢程度较轻。白点是由于钢中的氢和组织应力共同作用的结果，冷却速度愈快，他们的作用愈显著，锻件尺寸愈大，白点也易形成。因此锻造白点敏感性钢的大锻件时，应特别注意冷却速度。,3. 网状碳化物,过共析钢，如轴承钢等因终锻温度高并在锻后缓慢冷却时，特别在cm区间缓冷，将由奥氏体中大量析出二次碳化物，这时碳原子由于具有较大的活动能力和足够的时间扩散到晶界，沿原奥氏体晶界形成网状碳化物。当网状碳化物较严重时，用一般热处理方法不易消除，使材
32、料的冲击韧性降低，热处理淬火时常引起龟裂。奥氏体不锈钢（ri、rii等）在范围内缓冷时，有大量含铬的碳化物沿晶界析出而形成网状碳化物。这类钢中由于碳化物的析出使晶界出现贫铬现象，导致了抗晶间腐蚀能力的降低。,二、锻件的冷却规范,根据材料的化学成分、组织特点、锻前状态、和锻件尺寸等因素来确定合适的冷却速度和冷却方法。 1. 空冷：锻件锻后单个或成堆放在车间地面上在空气中的冷却。注意不要放在潮湿地或金属板上，也不要放在有过堂风的地方，以免局部冷却过快引起开裂。 2. 坑（箱）冷：锻件锻后放入地坑或铁箱中封闭的冷却，或埋入地坑或铁箱中的砂子、石灰或炉渣内的冷却。目的是减慢冷却速度。（入砂温度不低于5
33、00） 3. 炉冷：锻件锻后直接放入炉中缓慢冷却。入炉温度一般不 低于600650。入炉时的炉温与锻件温度相同，出炉温度以不高于100150为宜。由于炉气可以按冷却规范准确控制炉温来达到所规定的冷却速度，适用于高合金钢、特殊钢及各种大型锻件的锻后冷却。,一般中小型碳钢和低合金钢锻件，锻后均采用冷却速度较快的空冷，因为钢料的化学成分越单纯，允许的冷却速度越大。相反，成分复杂或合金化程度高的合金钢锻件，在锻后则采用冷却速度缓慢的坑（箱）冷或炉冷。碳素工具钢、合金工具钢和轴承钢等含碳量较高的钢种，如果锻后缓冷，在晶界上形成网状碳化物，锻后快速冷却至600700（空冷、鼓风或喷雾冷）；600以下采用坑
34、冷或炉冷。对无相变的钢（奥氏体、铁素体不锈钢等），可采用快速冷却尤其是铁素体钢应快冷，因为在400520范围内停留时间过长，会产生475脆性。但是快冷后锻件内部会留有残余应力，故快冷后还须加热到750800进行再结晶退火以消除内应力。 对空冷自淬钢（高速钢W18Cr4V，不锈钢Cr18，4Cr13，合金工具钢Cr12，等），由于锻后空冷时产生马氏体转变，增大了钢的硬度和脆性，产生裂纹的可能性很大。因此，这类材料锻后应缓冷，采用随炉冷却。白点敏感性钢，（34CrNi1Mo34CrNi4Mo等），为防止锻后冷却过程中产生白点，应按一定的冷却规范进行炉冷。最有效的方法是后直接进行扩氢等温退火。,3-
35、3 锻件热处理,锻件在机械加工前后，一般都要进行热处理。机械加工前的热处理称为锻件热处理（第一热处理）。由于各类锻件或锻件的各部分终锻温度不一致，变形程度不一致，冷却后，锻件内部产生组织不均，并有残余应力和硬化等不良现象。为保证锻件质量，需要进行热处理。为消除白点等内部缺陷也要进行热处理。另外，在一些工厂中，有些锻件要求锻造车间热处理后就达到金相组织和机械性能要求，切削加工后不再进行热处理。都需要对锻件进行热处理。 一、锻件热处理目的 1. 调整锻件的硬度，以利于进行切削加工； 2. 消除锻件内应力，以免在机加工后变形； 3. 改善锻件内部组织，细化晶粒，为最终热处理作好组织准备； 4. 对于
36、不再进行最后热处理的锻件，达到零件要求的力学性能； 5. 防止“白点”产生，特别是对于大型锻件。,二、中小锻件的热处理,1. 退火 （1）完全退火将钢加热到以上，在此温度下保温一段时间后，随炉缓冷，以获得较平衡状态的组织。完全退火的目的：消除锻件的粗大晶粒及残余应力，降低锻件的硬度，提高锻件的塑性和韧性，改善切削加工性能。一般用于亚共析钢：45钢、5rno等。 （2）不完全退火（球化退火）将钢加热到线以上，保温较长时间，然后随炉缓冷并保温，使钢中渗碳体凝聚成球状，从而获得球状珠光体组织。球化退火的目的：消除残余应力，降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能，为以后的热处理作好组织准备。主要用
37、于共析钢、过共析钢：、r等。,2. 正火将锻件加热到Ac3或Acm线上5070（高高合金钢锻件为100150 ），保温后出炉空冷。正火的目的：除了细化晶粒、消除内应力外，还要求增加强度和韧性，或消除不稳定过热组织。主要用于各种锻件细化晶粒，消除内应力和不稳定过热组织。 3. 调质对于亚共析钢锻件，如中碳钢、低合金钢锻件，不再进行最终热处理是，为获得良好的综合力学性能，课进行调质处理。,二、大型锻件热处理,大型锻件热处理的主要目的是防止“白点”，其次是均匀组织、细化晶粒和消除残余应力。 钢在冷却过程中，当温度降至650 和300 时，氢在钢中的扩散速度最快，这时停留保温可使氢大量扩散出去，有效防
38、止“白点”。 锻件锻后冷却过程中产生的组织应力使由奥氏体转变引起的。如果使奥氏体转变迅速、完全和均匀，就可较小组织应力，也可达到防止“白点”的目的。 例如：从奥氏体等温转变曲线（C曲线）可知，位于C曲线鼻尖处温度时，奥氏体转变最快。珠光体钢在C曲线鼻尖处的温度为620660 ，此时的组织应力最大，同时也是钢中氢扩散速度最快的温度范围。因此，在此温度下等温冷却，可防止“白点”产生。 1. 等温冷却：适用于“白点”敏感性较低的碳钢和低合金钢锻件； 2. 起伏等温冷却：适用于“白点”敏感性较高的小截面合金钢锻件； 3. 起伏等温退火：适用于“白点”敏感性较高的大截面合金钢锻件； 4. 正火和回火：用于大锻件组织均匀、细化晶粒。适应于对“白点”不敏感或含氢量极微的大型锻件。,
