第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 第第2 2章章 锻造用原材料及锻造用原材料及坯料准备坯料准备第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 2.12.1锻造用原材料造用原材料锻造用坯料一般造用坯料一般为棒、板、管状的黑色金属、棒、板、管状的黑色金属、有色金属和有色金属和贵金属。金属。圆柱体毛坯要考柱体毛坯要考虑高径比高径比H/d,H/d,当高径比当高径比H/dH/d22时，要，要预制坯，防止在成形制坯，防止在成形过程中弯程中弯曲失曲失稳，或，或产生弯曲，形成折叠；生弯曲，形成折叠；H/dH/d较小小时，可采用板料下料。，可采用板料下料。薄板毛坯采用普通冲裁落料或精密冲裁下料薄板毛坯采用普通冲裁落料或精密冲裁下料第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 黑色金属黑色金属种种 类类 举举 例例 普通碳素结构钢普通碳素结构钢 Q195Q195、Q215Q215、Q235 Q235 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 1010、2020、3030、40 40 合金结构钢合金结构钢铬钢铬钢 20Cr20Cr、30Cr30Cr、40Cr 40Cr 铬钼钢铬钼钢 20CrMo20CrMo、30CrMo30CrMo、40CrMo 40CrMo 铬镍钼钢铬镍钼钢 20CrNiMo20CrNiMo、30CrNiMo 30CrNiMo 铬锰钢铬锰钢 20CrMn20CrMn、30CrMn 30CrMn 不锈钢不锈钢 奥氏体钢奥氏体钢 0Cr18Ni90Cr18Ni9、0Cr17Ni11MoZ0Cr17Ni11MoZ、00Cr18Ni10 00Cr18Ni10 马氏体钢马氏体钢1Cr131Cr13、2Cr132Cr13、3Cr133Cr13、1Cr17Ni2 1Cr17Ni2 铁素体钢铁素体钢 1Cr171Cr17、0Cr13 0Cr13 部分冷部分冷锻用用钢第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 冷锻用材料冷锻用材料 状状 态态 钢钢热轧退火状态；热轧退火状态；热轧退火后的剥皮材或无心磨削坯料；热轧退火后的剥皮材或无心磨削坯料；经小变形量拉拔的棒材；退火状态的拉拔棒材；经小变形量拉拔的棒材；退火状态的拉拔棒材；铸锭；铸锭；锻坯锻坯 有色金属有色金属热轧棒材；热轧棒材；热轧板材；热轧板材；退火状态的挤压坯料；退火状态的挤压坯料；退火状态的拉拔坯料；退火状态的拉拔坯料；铸件铸件冷冷锻用材料状用材料状态第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 冷冷锻用用钢的尺寸公差的尺寸公差圆钢外径圆钢外径 mm mm 允差允差 mm mm 圆度圆度 mm mm d 9.00 d 9.00 +0+0- 0.03 - 0.03 0.015 0.015 9.0d 18.0 9.0d 18.0 +0+0- 0.04 - 0.04 0.02 0.02 d18.0 d18.0 +0+0- 0.05 - 0.05 0.025 0.025 剥皮料、无心磨削料的直径公差剥皮料、无心磨削料的直径公差为。棒材弯曲度棒材弯曲度1%1%。管材壁厚差。薄壁管的精度。管材壁厚差。薄壁管的精度要高一些。要高一些。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 锻造用造用钢的宏的宏观缺陷缺陷表面缺陷一般包括裂表面缺陷一般包括裂纹、疤痕、折、疤痕、折叠和叠和夹杂等。等。内部缺陷包括低倍缺陷和内部缺陷包括低倍缺陷和显微缺陷。微缺陷。低倍缺陷主要有残余低倍缺陷主要有残余缩孔、疏松、气孔、孔、疏松、气孔、裂裂纹、树枝晶偏析、异金属枝晶偏析、异金属夹杂等。等。显微微组织缺陷主要有非金属缺陷主要有非金属夹杂物和晶粒度不物和晶粒度不合格合格第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 (1) 折叠折叠折叠是折叠是轧材表面的常材表面的常见缺陷，折痕方向缺陷，折痕方向为轧制方向，制方向，边缘弯曲不弯曲不齐，有，有时存在一些氧化存在一些氧化物物夹杂物。物。这些些夹杂物一般物一般较长，在棒材两，在棒材两侧对称分布。称分布。 若棒材表面存在折叠，必若棒材表面存在折叠，必须剥皮去掉。否剥皮去掉。否则将使大批成形件成将使大批成形件成为废品品。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 (2) 划痕划痕材料材料纵向划痕的向划痕的产生是由于在生是由于在轧制、制、挤压、拉拔拉拔过程中，表面金属的流程中，表面金属的流动受到孔型或模受到孔型或模具上某种机械阻碍（如毛刺、斑痕及具上某种机械阻碍（如毛刺、斑痕及积瘤）瘤）而形成的。而形成的。在低温下形成的划痕，其根部有在低温下形成的划痕，其根部有轻微的微的变形，形，附近没有脱碳和氧化附近没有脱碳和氧化现象。象。划痕能使棒材、板材划痕能使棒材、板材报废，是造成冷，是造成冷锻成形成形件开裂的主要原因件开裂的主要原因。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 (3) 发纹发纹 发纹一般一般顺着着钢材的材的纤维方向，方向，长短不一，短不一，细如如发丝，头部部较浅浅较尖。往往在尖。往往在发纹中可中可以以发现夹杂物，物，发纹的周的周围无氧化脱碳无氧化脱碳现象。象。 钢材表面的材表面的发纹是冷是冷锻成形用成形用钢的一个重大的一个重大缺陷。在冷缺陷。在冷锻成形后开裂的零件中，多数由成形后开裂的零件中，多数由于于产生生这种缺陷引起。种缺陷引起。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 钢的低倍的低倍组织(1)(1)偏析偏析(2)(2)缩孔残余孔残余(3)(3)白点白点第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 (1)(1)偏析偏析偏析是偏析是钢锭在凝固在凝固过程中程中产生的化学成份以及生的化学成份以及杂质的不均匀的不均匀现象。象。主要主要类型有方框偏析、点状偏析和枝晶偏析。型有方框偏析、点状偏析和枝晶偏析。碳化物偏析会降低碳化物偏析会降低钢的的锻造性能，造性能，严重者在重者在热加工加工过程中零件内部程中零件内部产生生较大的拉大的拉应力，引起力，引起锻件开裂。件开裂。严重硫偏析的存在，会造成材料重硫偏析的存在，会造成材料强度的度的显著降著降低，在零件加工后服役使用的低，在零件加工后服役使用的过程中，易程中，易产生生早期脆性断裂。早期脆性断裂。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 (2)(2)缩孔残余孔残余缩孔：孔：钢锭在凝固在凝固过程中，由于各部分程中，由于各部分结晶晶先后不同以及体先后不同以及体积收收缩，在，在钢锭头部的部的轴心心处形成形成缩孔。孔。缩孔残余：孔残余：钢锭在开坯在开坯时未能全部去掉未能全部去掉缩孔，孔，缩孔残留在随后孔残留在随后锻轧好的好的钢材之中，材之中，这就是就是缩孔残余。孔残余。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 （3 3）白点）白点白点是由于白点是由于钢中存在一定量的中存在一定量的氢和各种和各种应力力（组织应力、温度力、温度应力、塑性力、塑性变形后的残余形后的残余应力等）共同作用力等）共同作用产生的。生的。白点是白点是隐藏在藏在锻坯内部的一种缺陷，在坯内部的一种缺陷，在钢坯坯的的纵向断口上呈向断口上呈圆形或形或椭圆形的形的银白色斑点，白色斑点，在横向断口上呈在横向断口上呈细小裂小裂纹，显著降低著降低钢的的韧性。性。 第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 非金属非金属夹杂物物非金属非金属夹杂物在物在钢中破坏了金属基体的中破坏了金属基体的连续性，使材料的塑性和性，使材料的塑性和韧性降低；性降低；当当夹杂物呈物呈链条状分布，或者沿着晶界分布条状分布，或者沿着晶界分布时，对金属的力学性能，特金属的力学性能，特别是是动载荷下的荷下的力学性能的影响更力学性能的影响更为严重，常常由于重，常常由于应力集力集中而中而导致零件突然断裂。致零件突然断裂。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 钢中常见的非金属夹杂物钢中常见的非金属夹杂物(1)(1)硫化物硫化物(2)(2)硅酸硅酸盐夹杂物物(3)(3)氧化物氧化物(4)(4)夹渣渣第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 (1) 硫化物硫化物若若钢中含中含锰量量较低，硫与低，硫与铁化合生成硫化化合生成硫化铁，硫化，硫化铁与与铁形成共晶体。形成共晶体。热脆：硫化脆：硫化铁熔点只有熔点只有985985，经常存在于晶界常存在于晶界处。一般一般钢材在材在80012008001200轧制或制或锻造造时，由于共晶体，由于共晶体的熔化，的熔化，导致致钢材沿晶界开裂，材沿晶界开裂，这种种现象称象称为“热脆脆”。当当钢中含中含锰量量较高高时可可优先形成硫化先形成硫化锰，可减，可减轻硫硫的有害影响。的有害影响。如果如果钢中存在中存在较多的硫化物，将多的硫化物，将显著降低材料的疲著降低材料的疲劳性能，尤其是横向力学性能。性能，尤其是横向力学性能。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 (2) 硅酸盐夹杂物硅酸盐夹杂物硅酸硅酸盐夹杂物可分物可分为塑性和脆性两种。塑性和脆性两种。塑性硅酸塑性硅酸盐的形的形态与硫化与硫化锰相似，也沿着相似，也沿着钢材材轧制方向延伸，呈制方向延伸，呈长条状。条状。脆性硅酸脆性硅酸盐也沿着金属流也沿着金属流动方向分布，在金方向分布，在金属属变形形时容易容易发生脆裂。生脆裂。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 (3) 氧化物氧化物钢中氧化物主要有中氧化物主要有FeOFeO、SiOSiO2 2及及AlAl2 2O O3 3等等 FeOFeO很脆，很脆，热加工加工过程中几乎不程中几乎不发生生变形，只形，只有在很大的有在很大的压力下才稍呈力下才稍呈椭圆形。形。SiOSiO2 2在在钢中很少中很少单独存在，独存在，经常与其它氧化常与其它氧化物形成复物形成复杂化合物。化合物。AlAl2 2O O3 3在在显微微镜的明的明场下下观察呈暗灰察呈暗灰带紫色，紫色，它的外形不它的外形不规则，常以，常以细小小颗粒粒积聚成群分聚成群分布。布。AlAl2 2O O3 3硬度高、脆性大，外形有棱角。在硬度高、脆性大，外形有棱角。在钢中起到尖中起到尖锐的缺口作用。的缺口作用。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 (4) 夹渣夹渣夹渣是用肉眼可渣是用肉眼可观察到的大察到的大块夹杂物。物。夹渣通常是由于冶渣通常是由于冶炼以及以及浇注注过程中，程中，钢液液表面的炉渣，或者从出表面的炉渣，或者从出钢槽、槽、钢水包等内壁水包等内壁剥落的耐火材料，在剥落的耐火材料，在钢液凝固前未能浮出，液凝固前未能浮出，存留在存留在钢锭内部。内部。钢材中存在大材中存在大块肉眼可肉眼可见的的夹杂物是不允物是不允许的的 第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 钢的晶粒度钢的晶粒度钢的晶粒度一般指的晶粒度一般指钢的奥氏体晶粒大小，奥氏体晶的奥氏体晶粒大小，奥氏体晶粒度包括本粒度包括本质晶粒度和晶粒度和实际晶粒度两种。晶粒度两种。本本质晶粒度是指晶粒度是指钢加加热到到930930时所具有的奥氏体晶所具有的奥氏体晶粒的大小。它表示粒的大小。它表示该钢的奥氏体晶粒的奥氏体晶粒长大大倾向。向。实际晶粒度是指晶粒度是指钢在某一具体在某一具体热处理条件下所理条件下所获得得的奥氏体晶粒的大小。它主要取决于加的奥氏体晶粒的大小。它主要取决于加热温度和温度和热加工工加工工艺过程制度。程制度。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 4545钢在不同回火温度下晶粒度与冲在不同回火温度下晶粒度与冲击韧度度和硬度的关系和硬度的关系序号序号回火温度回火温度/ 晶粒度（晶粒度（78级）级） 晶粒度（晶粒度（12级）级） ak(J/cm2)HBak(J/cm2)HB 1315102.7 24217.0 267 2425132.023421.0 212 3540164.020731.0 212 4650209.0 18770.0 184 第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 钢的实际晶粒度钢的实际晶粒度钢的的实际晶粒度晶粒度过大，会大，会显著地著地恶化化钢材的塑性。材的塑性。钢材的晶粒度材的晶粒度较大大时，其加工性能，其加工性能较好，好，淬透性可以提高淬透性可以提高。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 钢的显微组织钢的显微组织(1)(1)珠光体形珠光体形态(2)(2)表面脱碳表面脱碳层(3)(3)再再结晶晶组织第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 (1) 珠光体形态珠光体形态粗大片状珠光体不利于冷粗大片状珠光体不利于冷锻加工成形，而加工成形，而细小的球状珠光体可小的球状珠光体可显著地提高著地提高钢材塑性材塑性变形形的能力。的能力。钢材的金相材的金相组织由粗由粗变细，由片状，由片状变为球状，球状，冷冷锻成形成形时不易开裂。不易开裂。对珠光体含量珠光体含量较多的中碳多的中碳钢和中碳合金和中碳合金钢，在冷在冷锻前必前必须进行球化行球化处理，以便理，以便获得均匀得均匀细致的珠光体。致的珠光体。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 (2) 表面脱碳层表面脱碳层钢材表面的脱碳材表面的脱碳层影响零件的影响零件的强度及疲度及疲劳性性能，降低零件的使用寿命。能，降低零件的使用寿命。对冷冷锻成形用毛坯一般要求在退火后成形用毛坯一般要求在退火后车加工加工剥皮；退火后不剥皮；退火后不车加工剥皮，那么每加工剥皮，那么每边脱碳脱碳层深度不得大于其直径的深度不得大于其直径的1.5%1.5%。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 （3）再结晶组织）再结晶组织对于某些零件，于某些零件，为了保了保证其有其有较高的高的韧度和塑度和塑性，需要采用再性，需要采用再结晶退火晶退火处理。理。再再结晶晶处理理时，要控制的主要参数是加，要控制的主要参数是加热温度。温度。钢材再材再结晶晶时的初始温度与冷的初始温度与冷锻形形变的程度也的程度也有关。有关。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 2.1.22.1.2有色金属和有色金属和贵金属金属纯铝、纯铜成形容易；成形容易；合金成份高的合金成份高的铝合金合金变形性能差，形性能差，难于于成形；成形；黄黄铜的的变形抗力相当于低碳形抗力相当于低碳钢；纯镍、银等成形容易等成形容易。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 精精锻用有色金属和用有色金属和贵金属金属种种 类类 举举 例例 铝及其合金铝及其合金 纯铝纯铝L2、L4、L6；防锈铝；防锈铝LF21；锻铝；锻铝LD2、LD10、LD31；硬铝；硬铝LY12、超硬铝、超硬铝LC4 铅及其合金铅及其合金 纯铅、铅合金纯铅、铅合金 锌及其合金锌及其合金 纯锌、锌合金纯锌、锌合金 锡及其合金锡及其合金 纯锡、锡合金纯锡、锡合金 铜及其合金铜及其合金 纯铜纯铜T2、无氧铜、无氧铜TU1、黄铜、黄铜H65、H80、H96、锌白铜锌白铜Bzu1520、白铜、白铜B19 贵金属贵金属铂、金、银、镍、钛、白金铂、金、银、镍、钛、白金 第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 有色金属和贵金属的缺陷有色金属和贵金属的缺陷（1 1）铝合金的氧化膜合金的氧化膜在熔在熔炼工程中，敞露的熔体液面与工程中，敞露的熔体液面与大气中的水蒸气或其它金属氧化物相互作用大气中的水蒸气或其它金属氧化物相互作用形成的氧化膜，在形成的氧化膜，在浇注注时被卷入液体金属内被卷入液体金属内部，部，铸锭经轧制或制或锻造，其内部的氧化物被造，其内部的氧化物被拉成条状或片状，降低了横向力学性能拉成条状或片状，降低了横向力学性能。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 （2 2）粗晶）粗晶环铝合金、合金、镁合金合金挤压棒材，在其棒材，在其圆断面断面的外的外层区域，常出区域，常出现粗大晶粒，称粗大晶粒，称为粗晶粗晶环。粗晶。粗晶环的的产生与生与许多因素有关，其中主要是由于多因素有关，其中主要是由于挤压过程中金属与程中金属与挤压筒之筒之间的摩擦的摩擦过大。大。有粗晶有粗晶环的棒料，的棒料，锻造造时容易开裂，如容易开裂，如粗晶粗晶环保留在保留在锻件表件表层，会降低，会降低锻件的性能。因此，件的性能。因此，锻前前须将粗晶将粗晶环车去去第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 下料和下料方法下料和下料方法下料是自由下料是自由锻和模和模锻的第一道工序。的第一道工序。不同的下料方式，直接影响着不同的下料方式，直接影响着锻件的精度、件的精度、材料的消耗、模具与材料的消耗、模具与设备的安全以及后的安全以及后续工工序序过程的程的稳定。定。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 下料方法的优缺点下料方法的优缺点传统的下料方法的下料品的下料方法的下料品质均不太理想，均不太理想，断口不断口不齐，坯料的，坯料的长度与品度与品质重复精度重复精度低。低。离子束切割、离子束切割、电火花火花线切割等新型下料切割等新型下料方法，能方法，能锯切很硬的材料，剪切品切很硬的材料，剪切品质很很好，但成本高，不宜用于大批量生好，但成本高，不宜用于大批量生产。金属金属带锯下料既能得到高的下料精度，下料既能得到高的下料精度，又能适又能适应大批量生大批量生产。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 传统的下料方式的下料方式：第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 坯料体积和余量坯料体积和余量计算坯料体算坯料体积应以制件本身的体以制件本身的体积为基基础，加上精，加上精锻成形后成形后飞边、冲孔、切削加工等消耗的、冲孔、切削加工等消耗的废料体料体积。废料体料体积大体占整个坯料体大体占整个坯料体积的的10%30%10%30%，在特定情，在特定情况下也可小到况下也可小到5%5%，大到，大到50%50%。在采用冷精在采用冷精锻工工艺过程生程生产零件零件时，特，特别是在大批量是在大批量生生产的情况下，的情况下，应该优先考先考虑节省材料。省材料。一般小件精一般小件精锻时，坯料直径比模具内腔直径小。，坯料直径比模具内腔直径小。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 剪切法剪切法一般棒料剪切法一般棒料剪切法一般棒料剪切法有：剪床剪切、冲床剪切。一般棒料剪切法有：剪床剪切、冲床剪切。在剪床上剪切的棒料截面尺寸在在剪床上剪切的棒料截面尺寸在1515（150150200200）mmmm。剪床的大小，一般由剪床的大小，一般由强度极限度极限为450MPa450MPa的的钢材被剪切的最大直径表示。材被剪切的最大直径表示。棒料的剪切棒料的剪切过程如下程如下图所示。所示。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 图图2.2 棒材的剪切过程棒材的剪切过程第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 z z值的大小与所剪切材料的力学性能有关。最的大小与所剪切材料的力学性能有关。最差的情况下差的情况下z z值最大可达倍棒料直径。最大可达倍棒料直径。如果剪切如果剪切质量很好，在棒料的剪切端部只量很好，在棒料的剪切端部只产生不大的生不大的压痕（如痕（如图2.2(d)2.2(d)）。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 剪切缺陷剪切缺陷(如图如图2.2(e)（11）端面裂）端面裂纹y y；（22）端面剪切斜度）端面剪切斜度过大；大；（33）毛刺）毛刺m m；（44）端面上）端面上产生凹陷生凹陷w w；（55）较大的大的压痕痕z z。全封全封闭剪切模具装置如下剪切模具装置如下图：第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 图图2.3 全封闭剪切模具装置全封闭剪切模具装置1固定剪刀；固定剪刀；2坯料；坯料；3活动剪刀；活动剪刀；4滑板滑板5上压头；上压头；6打料销；打料销；7推料弹簧；推料弹簧；8推簧阀推簧阀9定位螺钉；定位螺钉；10滑轮；滑轮；11斜块座；斜块座；12复位弹簧复位弹簧13限位螺钉；限位螺钉；14棒料棒料第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 精密模锻对下料的品质要求精密模锻对下料的品质要求生生产中中评定毛坯的剪切定毛坯的剪切质量和精度，量和精度，通常通常以以，和和等技等技术参数或参数或以以、等数等数值来来表示。参表示。参见下下图。、和和分分别为毛毛坯的体坯的体积偏差（或重量偏差）、塌陷、偏差（或重量偏差）、塌陷、压塌、塌、截面不平度，截面截面不平度，截面椭圆度和截面度和截面倾角。角。为剪剪切后的毛坯切后的毛坯实际体体积与精与精锻工工艺所要求的毛坯所要求的毛坯体体积的差的差值, ,v v为精精锻工工艺所要求的毛坯体所要求的毛坯体积。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 图图2.4 评价毛评价毛坯剪切品质的一些技术参数坯剪切品质的一些技术参数 、 分别为静、动剪刀形成的压塌深度分别为静、动剪刀形成的压塌深度 截面不平度；截面不平度； 截面倾角；截面倾角； 、 分别为棒料直径和毛坯最小直径；分别为棒料直径和毛坯最小直径； 截面光亮带宽度；截面光亮带宽度；L毛坯长度毛坯长度第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 锻造工艺对剪切的质量要求锻造工艺对剪切的质量要求第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 精密棒料剪切法精密棒料剪切法利用利用专用剪断机的径向用剪断机的径向夹紧剪切；剪切；在普通在普通压力机上安装力机上安装专用模具的径向用模具的径向夹紧剪切。剪切。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 图图2.5 径向夹紧剪切原理径向夹紧剪切原理1动剪刀；动剪刀；2夹紧块；夹紧块；3棒料；棒料；4静剪刀；静剪刀；5挡板挡板 径向夹紧剪切原理如下图所示：径向夹紧剪切原理如下图所示：第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 图图2.6 差动式剪切模的工作原理差动式剪切模的工作原理 1楔块；楔块；2-楔形滑板；楔形滑板；3-弹弹 4剪刀；剪刀；5棒料棒料差动式剪切模的工作原理如下图所示：差动式剪切模的工作原理如下图所示：第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 2.2.2 锯切法锯切法一般锯切一般锯切弓形弓形锯锯条往复运条往复运动，锯割效率低，而割效率低，而且且锯断大直径断大直径圆钢时，锯条要加厚，材条要加厚，材料利用率降低。料利用率降低。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 圆盘锯在在锯断大直径断大直径圆钢时，必，必须使用使用大直径的大直径的圆锯片，机器也片，机器也变大。大。锯缝越越大，材料利用率越低。大，材料利用率越低。弓形弓形锯、圆盘锯、带锯机机锯切坯料切坯料时消消耗耗锯缝的的质量比量比为：1.56:1.87:11.56:1.87:1。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 带锯锯切带锯锯切金属金属带锯主要由六个部分构成：主要由六个部分构成：变速机构速机构锯带张紧装置装置无无级变速液速液压控制系控制系统冷却系冷却系统锯刷刷床身。床身。下下图为GZ4025GZ4025型卧式型卧式带锯的外形的外形图第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 图图2.7 GZ4025型卧式带锯的外形图型卧式带锯的外形图第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 双金属锯带双金属锯带目前常用的金属目前常用的金属带锯锯带以高速以高速钢为齿部部材料，以材料，以弹簧簧钢为背部材料，通背部材料，通过电子束复合后开子束复合后开齿而成的双金属而成的双金属锯带。 图图2.8 电子束焊接的双金属锯带电子束焊接的双金属锯带第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 典型锯齿形状如下图：典型锯齿形状如下图： (a)a(b)(b)(c)(d)(e) 图图2.9 典型锯齿形状典型锯齿形状(a) 标准齿；标准齿；(b) 强力齿；强力齿；(c) MG齿；齿；(d) ACG齿；齿；(e) 变化变化齿齿第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 锯齿定向也影响定向也影响锯带的切削性的切削性能。如能。如图所示所示为三种典型的三种典型的锯齿定向型定向型式式 ：(a)(b)(c) 图典型的锯齿定向形式图典型的锯齿定向形式(a)耙形定向；耙形定向； (b)波状定向；波状定向； (c)直线定向直线定向第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 2.2.3 其它下料方法其它下料方法砂砂轮切断：由于砂切断：由于砂轮高速旋高速旋转下的下的热影响，影响，产生粉生粉尘，噪音，噪音，污染染环境。境。可燃气体熔断：主要是在切断的可燃气体熔断：主要是在切断的过程中受到程中受到熔断熔断热影响，材料的影响，材料的组织会会发生生变化，形成化，形成变质层，需采用，需采用热处理工理工艺过程消除程消除这种种变化。化。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 放放电切割：成本高，普及率低，不能广切割：成本高，普及率低，不能广泛用于泛用于钢材的切断，只宜于材的切断，只宜于应用在用在经过热处理以后的模具以及高硬材料零件的理以后的模具以及高硬材料零件的切割。切割。激光切割：在板料加工上用得激光切割：在板料加工上用得较多，但多，但在棒材、型材的切割上用得在棒材、型材的切割上用得较少。少。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 2.3 模锻时的润滑模锻时的润滑模模锻时接触面上的接触面上的单位位压力一般在力一般在8008001200MPa1200MPa，也有高达，也有高达2500MPa2500MPa，温度一般在，温度一般在1150115012001200。在如此高的在如此高的压力和温度下，建立力和温度下，建立润滑膜非滑膜非常困常困难，模，模锻时变形金属与模膛表面形金属与模膛表面间的的摩擦，将使模膛表面磨摩擦，将使模膛表面磨损，增大金属的流，增大金属的流动阻力并造成脱模困阻力并造成脱模困难。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 传统热模锻润滑剂和温锻润滑剂传统热模锻润滑剂和温锻润滑剂热模锻润滑剂配方（质量分数）第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 使用石墨润滑剂的一般要求使用石墨润滑剂的一般要求使用石墨使用石墨润滑滑剂时，要求石墨，要求石墨纯要高，粒要要高，粒要细。一。一般般矿区提供的石墨区提供的石墨纯度平均在度平均在82%82%左右，粒度在左右，粒度在4040140140左右。左右。在石墨中加入某种在升温在石墨中加入某种在升温过程不能脱掉程不能脱掉结晶水的无晶水的无机机盐，可使石墨在升温，可使石墨在升温过程中不断得到微量水分，程中不断得到微量水分，保保证提高石墨高温提高石墨高温润滑性能滑性能。在水基石墨中加人少量在水基石墨中加人少量亲液胶体或液胶体或缔合胶体的分散合胶体的分散剂，能，能显著提高溶胶著提高溶胶对电解解质的的稳定性，保定性，保护石墨石墨颗粒不致凝聚粒不致凝聚结团。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 为了减少石墨的表面了减少石墨的表面张力，加入少量表面活力，加入少量表面活性利，使水与液体或固体的表面性利，使水与液体或固体的表面张力力显著下著下降，以增降，以增强石墨能均匀地分散在水中的能力，石墨能均匀地分散在水中的能力，防止石墨沉防止石墨沉积。具有多性能的水基石墨具有多性能的水基石墨润滑滑剂的成分，其配的成分，其配方主要是由固体石墨和无机方主要是由固体石墨和无机盐类及介及介质组成。成。无机无机盐在在润滑滑剂中主要起中主要起润滑脱模、滑脱模、绝热和和高温湿高温湿润作用。作用。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 温锻润滑剂温锻润滑剂可用作碳可用作碳钢和不和不锈钢在在300300700700温度下温度下温温锻的的润滑滑剂：第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 2.3.2 新型绿色热精密模锻润滑剂新型绿色热精密模锻润滑剂由于石墨在生由于石墨在生产和使用和使用过程中可能程中可能对环境造成境造成污染，染，2121世世纪以来，美国、德国、以来，美国、德国、日本正推广使用非石墨型复合材料合成日本正推广使用非石墨型复合材料合成的模的模锻润滑滑剂。国国产DFDF型非石墨型复合材料具有良好的型非石墨型复合材料具有良好的润滑性能，可减少模滑性能，可减少模锻变形力，保形力，保证模模锻件易于脱模，有效延件易于脱模，有效延长模具使用寿命模具使用寿命1 15 5倍。倍。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 DF型非石墨型模锻润滑剂物理特性型非石墨型模锻润滑剂物理特性DFDF型非石墨型复合材料合成的模型非石墨型复合材料合成的模锻润滑滑剂为胶胶态，在原封装情况下保存，在原封装情况下保存1212个月个月后后润滑性能仍不滑性能仍不变。具有如下物理特性：。具有如下物理特性： 液体成分：去离子水。液体成分：去离子水。 比重：。比重：。PHPH值：910910。 结冰点：冰点：0(32F)0(32F)。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 DF型非石墨型模锻润滑剂的优点型非石墨型模锻润滑剂的优点无色、透明，无任何毒性，使用安全，无色、透明，无任何毒性，使用安全，无烟、不燃无烟、不燃烧。不不产生沉淀。生沉淀。对锻件无任何腐件无任何腐蚀作用，易洗作用，易洗涤清除。清除。锻压后自然后自然挥发，表面不留残渣，自然，表面不留残渣，自然附着一附着一层油膜，保油膜，保证锻件表面光件表面光洁、美、美观和避免模具型腔生和避免模具型腔生锈。 第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 2.4 钢的软化退火钢的软化退火退火退火软化化处理是理是为了减小了减小变形抗力，提形抗力，提高塑性。高塑性。对于含碳量于含碳量0.3%0.3%以上的以上的钢材（共析材（共析钢和和过共析共析钢），需作珠光体球化），需作珠光体球化处理理 。参。参见下下图。对于含碳量于含碳量0.2%0.2%以下的以下的钢（亚共析共析钢）及非及非铁金属，金属，钢的加的加热温度可在温度可在AcAc3 3相相变点以上，按含碳量的不同在点以上，按含碳量的不同在820930820930变化。化。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 图图2.11 珠光体球化处理曲线珠光体球化处理曲线a)碳素钢碳素钢b)合金钢合金钢第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 软化退火软化退火退火后的坯料晶粒退火后的坯料晶粒细化，改善了化，改善了钢的硬化性能，的硬化性能，降低了硬度，一般降低了硬度，一般为90165HBs90165HBs。退火退火还能使能使钢的成份和的成份和组织均匀，消除前一工均匀，消除前一工序中序中产生的内生的内应力，力，对于保于保证冷冷锻件品件品质起着起着举足足轻重的作用。重的作用。为了避免退火了避免退火时发生氧化或者脱碳，降低成本，生氧化或者脱碳，降低成本，缩短生短生产周期，得到光周期，得到光洁或光亮的表面，确保或光亮的表面，确保材料的力学性能，保材料的力学性能，保证产品品品品质，可以，可以对材料材料进行真空退火或保行真空退火或保护气氛气氛热处理，即所理，即所谓的光的光洁退火。退火。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 20钢不同热处理状态下的力学性能钢不同热处理状态下的力学性能第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 采用磷化采用磷化处理可以使理可以使钢坯料表面坯料表面发生化学反生化学反应，生成磷酸生成磷酸盐被膜。被膜。磷酸磷酸盐被膜是无机被膜是无机盐，由，由细小片状小片状结晶晶组织构构成，它呈多孔状成，它呈多孔状态，对润滑滑剂有很好的吸附作有很好的吸附作用。用。磷酸磷酸盐被膜与被膜与钢表面表面结合得很牢固，而且磷酸合得很牢固，而且磷酸盐被膜具有一定的塑性，冷被膜具有一定的塑性，冷挤压和冷和冷锻时与与钢材一起材一起变形，坯料和模具不直接接触。形，坯料和模具不直接接触。磷化膜由磷酸磷化膜由磷酸盐溶液与金属溶液与金属铁相互作用生成相互作用生成。2.5 钢的磷化处理钢的磷化处理第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 2.5.1 钢制坯料的一般磷化处理工艺钢制坯料的一般磷化处理工艺第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 2.5.2 钢制坯料的快速磷化处理工艺钢制坯料的快速磷化处理工艺第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 磷化液成份的磷化液成份的调整工整工艺过程程(1)(1)当游离酸度低当游离酸度低时，加入，加入马日夫日夫盐。每升溶。每升溶液加液加56g56g，可提高游离酸度，可提高游离酸度1 1点。当游离酸度点。当游离酸度高高时，可加入，可加入ZnOZnO。(2)(2)游离酸度正常游离酸度正常时，加入，加入ZnZn（NONO3 3）2 2 可提高可提高总酸度，若降低酸度，若降低总酸度酸度则可加可加H H2 2O O稀稀释。加入。加入马日夫日夫盐也可提高也可提高总酸度。如每升溶液加入酸度。如每升溶液加入1g1g马日夫日夫盐，可提高，可提高总酸度酸度1 1点。点。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 2.5.3 磷化处理操作过程要点磷化处理操作过程要点（1）处理液槽的体积要根据处理坯件质量大小）处理液槽的体积要根据处理坯件质量大小合理选择，一般以合理选择，一般以1m3为宜。为宜。 水洗、中和、脱脂、被膜处理、润滑处理宜水洗、中和、脱脂、被膜处理、润滑处理宜于采用钢板制的液槽，磷酸盐处理、酸洗时内于采用钢板制的液槽，磷酸盐处理、酸洗时内表面应衬以不锈钢板。表面应衬以不锈钢板。 在对不锈钢进行草酸盐被膜处理和润滑处理在对不锈钢进行草酸盐被膜处理和润滑处理时，草酸盐液槽宜用木槽或在钢板槽内表面衬时，草酸盐液槽宜用木槽或在钢板槽内表面衬橡皮。橡皮。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 （2 2）加）加热装置可装置可为电热、蒸汽加、蒸汽加热等直接等直接加加热装置；加装置；加热温度不能低于或高于温度不能低于或高于规定的加定的加热温度；所配制的磷化液或其它温度；所配制的磷化液或其它溶液溶液浓度不合适度不合适时，应随随时添加水，注添加水，注意水中含意水中含不超不超过30mg/l30mg/l，硬度不，硬度不超超过1515度。度。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 (3)(3)坯料的坯料的搅拌很重要。拌很重要。(4)(4)处理液槽可按直理液槽可按直线布置。布置。(5)(5)干燥要充分。被膜干燥要充分。被膜处理和理和润滑滑处理理过的的(6)(6)坯料，坯料，应充分干燥。充分干燥。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 2.5.4 被膜处理过的坯料润滑被膜处理过的坯料润滑被膜被膜处理理过的坯料，一般用被膜的坯料，一般用被膜润滑滑剂润滑。滑。被膜被膜润滑滑剂是以硬脂酸是以硬脂酸钠（C17H35COONaC17H35COONa肥皂肥皂为主要份主要份,59g/l,59g/l）和磷酸）和磷酸盐起反起反应生成金属皂而生成金属皂而产生生润滑效果；滑效果；冷冷挤压和冷和冷锻时，可以，可以对被膜被膜处理后的坯料薄理后的坯料薄薄地涂上一薄地涂上一层低粘度的低粘度的动、植物油；、植物油；对于于铝合金和合金和铜合金冷合金冷挤压和冷和冷锻成形成形时，可，可采用羊毛脂、猪油、棕采用羊毛脂、猪油、棕榈油、菜油作油、菜油作润滑滑剂。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 2.5.5 磷化膜品质不良的形式磷化膜品质不良的形式（1 1）不）不产生磷化膜或磷化膜太薄。生磷化膜或磷化膜太薄。（2 2）磷化膜有空白片。）磷化膜有空白片。（3 3）磷化膜）磷化膜结晶粗大。晶粗大。（4 4）磷化膜膜）磷化膜膜层有黄色沉淀物。有黄色沉淀物。第第2章章 锻造用原材料及坯料准备锻造用原材料及坯料准备 磷化膜品质不良的形式磷化膜品质不良的形式（5 5）磷化膜分布不均匀，有花斑。）磷化膜分布不均匀，有花斑。（6 6）磷化膜）磷化膜层有挂灰。有挂灰。（7 7）磷化膜呈）磷化膜呈红锈色。色。（8 8）磷化膜生黄）磷化膜生黄锈，磷化膜，磷化膜结晶粗大晶粗大。