鋼的鍛造溫度范圍？

鍛造溫度范圍是指合理的始鍛溫度與合理的終鍛溫度之間的一段溫度區間。確定鋼的鍛造溫度范圍是常規熱鍛工藝設計的主要內容之一。

1.合理確定鍛造溫度范圍的意義

合理確定鍛造溫度范圍就是針對具體鍛件，結合生產工藝選定始、終鍛溫度。其意義在于。1) 保證鍛件獲得良好的內部組織和機械性能，也就是使鋼在變形時具有良好的塑性，不產生加工硬化及殘余應力；鍛后獲得細小、均勻的晶粒組織。2) 減小變形力,減輕設備及模具受力。3) 縮短生產周期 ,提高生產效率。4)節省能源,降低勞動強度。

以上幾點也正是確定鍛造溫度范圍的原則。其中1) 是技術上可能的問題 ,2) ～4) 是經濟上合理性的問題 ,兩方面具有辯證的關系。

 2.確定鋼的鍛造溫度范圍的方法

 2.1   理論系統研究方法

對于新研制的鋼。手段齊備的研究機構確定鋼的鍛造溫度范圍的基本方法是，以狀態圖為基礎。從鋼的塑性、鍛后質量、變形抗力3方面分別進行熱模擬試驗 (如熱扭轉試驗、自由鐓粗試驗、沖擊試驗等) 和動、靜態再結晶研究(如加工再結晶立體圖試驗、加熱對鋼晶粒影響試驗等) ,得出對應的溫度塑性圖、再結晶立體圖和抗力圖等 ,然后綜合地加以分析確定。一般還應通過實踐應用來驗證、修訂。

因為一般合金結構鋼和合金工具鋼中合金元素含量較少，且分別固熔于鐵素體、奧氏體或滲碳體中，所以合金元素僅對鐵碳狀態圖的相變點和相變線的位置有影響，狀態圖形式并無明顯的改變。因此，鐵碳狀態圖可作為確定這些鋼的鍛造溫度范圍的基礎依據。

高度合金化和冷卻時無相變的合金僅靠狀態圖是不夠的，還必須系統地作出塑性圖、再結晶圖和變形抗力圖，才能確定鍛造溫度范圍。

2.2   實踐應用

實踐工作中，鋼的鍛造溫度范圍大部分在文獻上有表可查，少數鋼查不到，可以采用類比法經試鍛后分析確定。

3 .鋼的始鍛溫度

3.1   選用最高加熱溫度

文獻給出的始鍛溫度是指允許的最高加熱溫度，由于坯料出爐到開始鍛造過程中有熱量損失，真正開始鍛造的溫度稍低些。相反，由于加熱必須依靠溫度頭，因此爐溫比允許的加熱溫度高(一般結構鋼高 50～100 ℃)。

加熱溫度過高可能進入過熱溫度區，特別是多數含鎳、鉻的鋼容易出現熱處理無法改正的穩定過熱，需要大的變形量才能消除其影響，這在多數情況下難以做到。為了避免過熱，鋼的最高加熱溫度必須低于過熱溫度(比過燒溫度低得更多)，文獻里指出鋼的始鍛溫度為T始 (°K) = (0. 85～0. 90) T熔 (°K)。

影響始鍛溫度的因素大致有:

1)鋼的化學成分

由于鋼的熔點隨含碳量升高而降低，因此碳鋼的始鍛溫度也隨含碳量的增加而降低。合金鋼的始鍛溫度通常隨含碳量的增加而降低得更多，合金元素愈高，始鍛溫度愈低。

2) 鋼的組織狀態

鋼錠晶粒外面的晶殼 (凝固過程中雜質及合金元素形成的化合物偏析) 有阻止奧氏體晶粒長大的作用，使得鑄態組織產生過熱的傾向性較小，因此，其始鍛溫度可以比同鋼號坯(軋) 材高 20～50 ℃。當鋼錠變形工序多，需要時間長，恰好可以利用這一溫度差。

電爐鋼較平爐鋼具有更低的過熱溫度，因而，始鍛溫度不能偏高。較純凈的電渣重熔鋼，過熱敏感性相當高。

3) 加熱速度

快速加熱或感應加熱時，由于奧氏體晶粒來不及粗化，鋼在較高溫度下才過熱，因此始鍛溫度可高些。

4) 加熱爐內氣氛

鋼在氧化性爐氣(如焦炭爐) 中加熱時，溫度愈高，氧化愈劇烈。鋼氧化時的放熱反應為3Fe + 2O2 Fe3O4 + 1133. 8 ×103J這樣，可能使鋼表面溫度比爐溫還要高。而在還原性氣氛(如干燥的煤氣爐) 中，鋼表面發生吸熱反應 :3Fe + 4CO2 Fe3O4 + 4CO - 54. 4 ×103J這樣，鋼表面溫度就比爐溫低。 

3.2  選用非最高加熱溫度

根據工藝需要，鋼的始鍛溫度有時選用非最高值，這種情況下應考慮的因素有 :

1) 變形速度

高速錘上鍛造時，高速變形產生很大的熱效應，會使坯料溫度升高，以致引起過燒 ;加上高速成型時間短，為了保證終鍛溫度不致過高，其始鍛溫度應比文獻列出的數值低 100 ℃左右。在其它設備上鍛造也可能有熱效應產生，也應注意這一傾向。

2) 變形工藝

對于大鍛件 ,最后一火需要保證到達終鍛溫度時剛好完成全部鍛造工作，因此，其始鍛溫度應根據剩余鍛比確定，“寧低勿高”。對于工藝簡單、變形時間短的中小鍛件，也不選最高值。

4 .鋼的終鍛溫度

鋼的終鍛溫度狹義上指常規的大變形熱鍛時應停止鍛打的溫度。根據停鍛后對鋼的組織影響不同，本人認為可以分為兩類 :A類指停鍛的最低溫度，應用時允許少量上偏差，否則，鋼的變形抗力增大，塑性變差，易出現裂紋；B 類指隨著溫降，變形必須持續到的溫度，主要用于冷卻不相變的鋼，應用時只允許少量下偏差，否則，將得到較粗大的晶粒組織，降低鍛件性能。文獻所列的就是狹義終鍛溫度，但未特別分類(B類有時標“≤”符號)，應用時應注意。廣義上的終鍛溫度除了狹義含義之外，,還包括自由鍛件精整、模鍛件熱切邊、熱校正時允許的最低溫度等，后者較前者低 50～80 ℃。

對于相變鋼及部分不相變的鋼(如奧氏體鋼) ，終鍛溫度過低，不僅可能造成變形力劇增，設備負荷加大，模具受力惡化，還可能使鍛件局部處于臨界變形狀態，造成鍛后晶粒粗大，或由于加工硬化引起殘余應力，誘發裂紋。所以，為保證鍛件內部再結晶，鋼的終鍛溫度要稍高于再結晶溫度。文獻〔1〕指出鋼的終鍛溫度為T終 (°K) = (0. 65～0. 75) T熔 (°K)

影響終鍛溫度的因素大致有:

1) 鋼的化學成分

①碳鋼

ⅰ) 亞共析鋼分為二段:中碳鋼應在A3線以上15～40℃ 終鍛，若在A3線以下兩相區鍛造，停鍛后形成帶狀組織。帶狀組織含碳量低、強度低，易沿夾雜物和鐵素體的交界面產生裂紋。反過來，中碳鋼的終鍛溫度也不應比A3線高太多，否則，奧氏體晶粒將再次長大，導致冷卻到室溫后得到粗晶組織。如果終鍛后的冷卻速度快，形成魏氏組織(過熱組織特征)，機械性能變差，特別是沖擊韌性降低。

鋼含碳量低于 0130 %～0125 %時，可以在低于A3線區鍛造。因為低碳鋼中的鐵素體與奧氏體性能差異不大，特別是大鍛件 (熱容量大，冷卻速度慢)，在低于A3線溫度終鍛可得到比高于A3線時較細的晶粒。其中純鐵可在650℃終鍛。

ⅱ) 過共析鋼應在A1以上40～100℃終鍛，而不應在Acm以上終鍛，否則，在隨后的冷卻過程中生成對性能不利的網狀碳化物，而在奧氏體和滲碳體的兩相區鍛造，可使析出的滲碳體呈對性能有利的彌散狀。

高碳鋼只有在強烈的三向壓應力作用下 (模鍛、型砧鍛) ，其終鍛溫度才可接近A1線，否則易出現裂紋。所以高碳鋼的終鍛溫度一般應隨含碳量的增加而逐漸提高。

②合金鋼

合金成分愈高,終鍛溫度也愈高。高合金鋼種類繁多，情況比較復雜，其終鍛溫度一般較碳鋼高得多(約100℃)，主要原因是隨著溫度的降低，變形抗力劇增，而塑性變壞。

不相變的奧氏體鋼、鐵素體鋼等不能熱處理細化晶粒，終鍛溫度應偏低，一般不允許上偏差。

2) 鋼的組織狀態

鑄錠在還未完全轉變為鍛態組織之前，塑性較低，有些鋼號的錠料終鍛溫度應比坯(軋) 材高30～50 ℃。

3) 變形應力狀態

如前所述，變形時的應力狀態能影響鋼的塑性，所以也能影響終鍛溫度。

4) 變形工藝

多火次鍛造的中間工序一般都取較低的終鍛溫度，然后回爐加熱。若估計最后一火變形量不大，亦可提前回爐加熱。

此外，鍛后立即進行余熱熱處理的鍛件，終鍛溫度應滿足余熱熱處理要求。