锻工培训

1 基本知识 一、 变形的概念 1. 弹性变形——金属在变形时将外力作用去除后，变形立即消失，仍能恢复原来的形状和尺寸，这种变形称为弹性变形。 2. 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和尺寸，保留下来的永久变形，称为塑性变形。 3. 变形程度 绝对变形量 相对变形量 4. 变形速度——用应变速度表示，单位时间内的相对变形率（相对变形量/时间） 二、 塑性变形中的力 1. 外力 使金属发生塑性变形的力，包括作用力、反作用力、摩擦力等。 2. 内力 金属在外力作用下导致金属内部产生的相互作用力。 应力——单位面积上的内力。表示方法：拉应力为正，压应力为负。 直接由外力作用产生的应力称为基本应力，如锻造过程中金属内部产生的变形应力。变形时，因各处变形、温度分布以及组织结构的变化等的不均匀，导致变形体各部分之间、晶粒之间或晶粒内部各处变形不均，而引起的应力称为附加应力。 残余应力——由于变形不均以及加工硬化所引起的内应力，如未能及时软化消除，便成为残余应力保留下来。 三、 金属塑性变形的基本定律 1. 切应力定律 金属在外力作用下，只有当其内部最大切应力达到临界值时，才有可能发生塑性变形。 2. 体积不变定律 金属在塑性变形中保持体积不变。 3. 最小阻力定律 当金属产生塑性变形，其内部每一个质点总是沿着阻力最小的方向移动，此规律成为最小阻力定律。 4. 弹性变形定律 金属在塑性变形中同时伴有弹性变形。 四、 影响金属塑性和变形抗力的因素 塑性——金属材料在外力作用下，产生永久变形而不断裂的能力。 变形抗力——金属材料对变形外力的抵抗能力， 1. 金属组织对塑性、变形抗力的影响 2

晶粒度（晶粒度越细小塑性越好，变形抗力也大）、金相组织(单相、单相固溶体较多相组织塑性好、抗力低)、铸造组织、晶格结构（面心立方较好，密排六方最差）、热变形 2. 化学成分的影响 C的影响 含C量越高，塑性越差，变形抗力越大 合金元素的影响 加入合金元素后会使金属的塑性降低，变形抗力提高。 3. 变形速度 4. 变形温度 5. 应力状态 6. 坯料及工模具表面状况 提高金属塑性、降低变形抗力的工艺措施有哪些： 1）采用合理的加热方法，使材料成分和组织均匀化； 2）合理选择变形温度、变形速度和变形程度； 3）采取有利的变形方式 4）改进操作方法以改善变形的不均匀性，如拔长时的操作及工装的选择； 5）采取良好的的润滑以改善坯料与工模具表面状况； 6）尽可能减少工模具与变形金属的接触，采用合理的工模具或不同锻造方式来减少金属的流动阻力金和变形力如叠镦。

五、 铁碳合金相图 基本概念 结晶——液态金属冷却到凝固温度时，原子由无序状态转变为按一定规律作有序排列，金属即从液体转变为固体，这种现象称为结晶。 常见金属晶体结构（晶体内部原子的排列方式）： 1. 体心立方晶格——立方体，原子位于立方体的8个顶角和立方体中心，致密度0.68。

2. 面心立方晶格——立方体，原子位于8个顶角和6个面中心，致密度0.74 3

. 3. 密排六方晶格——六方柱体，原子位于六方体的12个顶角和上下两底面中心，另外，在晶胞中心还有3个原子。致密度0.74。

（体心立方）（面心立方）（体心立方）FeFeγFeδ9121394CC

同素异构转变——金属在固态下随温度的变化由一种晶格转变为另一种晶格。 晶体缺陷： 点缺陷（晶格空位、间隙原子），线缺陷（位错），面缺陷（晶界、亚晶界） 金属组织的晶粒度越小，其塑性越好，变形抗力也越大。

点缺陷 晶界 亚晶界 4

位错的滑移 塑性变形以晶体的滑移为主要变形方式，滑移是在切应力的作用下通过滑移面上的位错运动来实现的，产生滑移的切应力称为临界切应力。 滑移总是发生在原子密度最大和线密度最大的晶面和晶向。 4. 铁素体——碳溶解在体心立方晶格的-Fe中形成的间隙固溶体成为铁素体，常以“”或“F”表示。最大溶解度在727C，为0.0218%。类似于纯铁。 碳溶解在-Fe中形成的间隙固溶体称作铁素体，也叫高温铁素体。碳在铁素体中的最大溶解度在1495C，为0.09%。 5. 奥氏体——碳溶解在面心立方晶格的-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，以“”或“A”表示。其溶碳能力较铁素体大，1148C时最大，为2.11%，随着温度降低溶解度也减小，727C时为0.77%。强度、硬度低，塑性韧性高，为锻造的理想组织。 6. 渗碳体——Fe3C是铁和碳相互作用形成的间隙化合物，含碳量为6.67%，硬度很高，轻度低，塑性韧性极差，几乎为零。硬化相，其数量、形状、大小及分布影响钢的性能。 7. 珠光体——含碳量0.77%的奥氏体在共析温度727C转变为铁素体和渗碳体的机械混合物，用“P”表示。性能介于铁素体和渗碳体之间。

铁碳合金相图——表示铁碳合金组织的变化、钢的成分、组织结构和温度之间的关系图，是制定钢铁材料热加工和热处理的重要依据。

水平线PSK——共析线，727C发生共析转变，产物为铁素体与渗碳体的均匀机械混合物即珠光体，也叫A1线。 GS线——冷却中，由奥氏体析出铁素体的开始线，或者说在加热时，铁素体溶入奥氏体的终止线，也叫A3线。 ES线——碳在奥氏体中的固溶线，冷却至ES线以下，奥氏体中将析出渗碳体，通常称为二次渗碳体Fe3CⅡ。 PQ线——碳在铁素体中的固溶线。铁素体中析出的渗碳体成为三次渗碳体，因数量很少，往往忽略不计。 5

Fe-Fe3C相图（钢的部分）

简化后的Fe-Fe3C相图 6

含碳量小于0.0218%的铁碳合金为纯铁。钢为含碳量为0.0218%~2.11%的铁碳合金，大于2.11%的铁碳合金称为铸铁。含碳量0.0218%~0.77%的钢为亚共析钢如35、45钢，含碳量0.77%的为共析钢，大于0.77%为过共析钢。 亚共析钢加热时的组织变化： 亚共析钢常温下组织为铁素体+珠光体，当加热温度在727C 以下时，钢保持室温下的组织状态；温度升到727C 时，组织开始发生变化，珠光体开始转变为奥氏体；而加热温度超过727C 时，亚共析钢的组织是由铁素体和奥氏体组成；温度升温超过GS线以后，即超过铁素体全部转变为奥氏体的临界线后，钢种的铁素体全部转变为奥氏体；当温度升高超过AE线后，即超过奥氏体转变为奥氏体+液体的临界线时，钢开始融化为液体，温度超过AC线后全部融化为液体 六、 钢的加热 过热——当钢加热超过某一温度，并再此温度停留时间过长，引起奥氏体晶粒急剧长大的现象称为过热。 过烧——当钢加热到接近熔点时，晶粒间的低熔点物质首先溶化，同时，氧及氧化性气体渗入到晶界，使晶间物质Fe、C、S等被氧化并在晶粒周围形成硬壳，破坏了晶粒间的联系，这种现象称为过烧。 过烧不能通过热处理手段消除 低温区缓慢加热，避免内部产生裂纹。 加热规范的内容：装炉温度、升温速度、加热到始锻温度的最高炉温、各均温阶段的时间和加热过程的总时间。 正确的加热规范应保证：不产生裂纹、不过热过烧、温度均匀、氧化脱碳少、加热时间短和节省燃料。 7

大锻件表面缺陷的检测方法：目测检查VT，磁粉探伤MT，着色探伤PT；内部缺陷的主要检测方法：超声波探伤UT 锻造温度范围的确定：始锻温度一般为铁碳平衡相图固相线（AE）以下100C~200C，终锻温度控制在GS（A3）线以上150C ~50C，对于低碳钢（含碳量0.3%以下），终锻温度可降到A3线以下。 再结晶——金属塑性变形后破碎、拉长或压扁的晶粒重新生核、结晶，变为等轴晶粒的过程。 金属的回复——将冷变形后的金属加热至一定的温度（低于最低再结晶温度），使原子回复到平衡位置，晶格畸变程度减轻，大大减小晶内残余应力而不改变晶粒形状。 热变形：变形温度在结晶温度以上的变形 冷变形：回复温度以下 温变形：回复温度以上再结晶温度以下 奥氏体不锈钢在高温下晶粒长大的倾向严重，但可以通过热处理的方法达到细化晶粒的目的。（×） 主要锻造工序分析

1. 镦粗

镦粗时的工艺参数主要指坯料的高径比，为了避免镦粗时坯料失稳产生纵向弯曲，圆柱体坯料高径比不应超过2.5~3，控制在2~2.2最好。 为什么高Cr支承辊锻造时，钢锭镦粗前必须进行充分倒棱？ 钢锭为铸态组织，其表面存在疏松，皮下气泡以及非金属夹杂等缺陷，塑性较差；加之高Cr支承辊材料的裂纹敏感性较高，镦粗时钢锭表面在切向受拉应力的作用下容易开裂，通过充分倒棱，可有效改善钢锭表面的铸态组织，提高其表面塑性从而减小镦粗时的开裂倾向。 2. 拔长 使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序。 8

影响拔长质量的主要工艺因素： 拔长时的锻透程度，内外部裂纹及锻件内在质量，均与拔长时的变形分布及应力状态有关，主要取决于送进量、压下量、砧子形状、拔长操作等工艺因素。 拔长时为什么相对送进量应控制在0.5~0.8之间？（从拔长效率及锻件内外部质量分析。） 送进量的大小不仅关系到拔长效率，而且影响锻件质量。当相对送进量L0/H0<0.5时，拔长变形区出现双鼓形，变形集中在上下表面层，中心部分无法锻透而且出现轴向拉应力，易引起内部横向裂纹，相对送进量小于单边压下量还会在表面形成折叠；当L0/H0>0.8时，拔长变形为单鼓形，心部变形很大，得以锻透，但鼓形的侧面和角部受拉应力易引起表面裂纹及角裂，同时坯料的展宽较大也降低了拔长效率。综合考虑，…….。

“WHF”锻造法，其工艺要点及操作方法、坯料变形顺序简图。 WHF法是指宽砧大压下量的强力锻造法。 工艺要点为：1.采用上下宽平砧，砧宽比W/D0.5；2.在高温下大压下量强力拔长，坯料单趟压下量H/H≈20%，这样可使大型钢锭的心部产生大的应变，从而达到锻合心部缺陷的目的。 操作方法：第一趟，同一面先从冒口端施压，走完一趟；第二趟，翻转90，压另一面，同时相对前一趟错砧1/2；第三趟，不翻转，继续在同一面施压，但相对前一趟错砧1/4。以后重复二、三趟，每次转动同向进行。