金属锻造是利用锤头的冲击力或水压机的压力使坯料改变成我们所需要的形状的一种加工方法。金属的可锻性就是材料在承受锤锻加工工艺时,改变形状而不产生裂纹的性能。
锻造对提高钢的塑性和改善钢的质量有许多优点,这是因为锻造时可以破碎被锻造金属的铸态组织。因此,在我国的一些合金钢厂中都有锻造车间。锻造分为自由锻造和模锻两种,如图5-2所示。
从生产角度考虑,应该在满足锻件尺寸及性能要求的基础上,尽量发挥生产设备的生产率和降低燃料及设备的消耗。因此,选择开锻和终锻温度是一个综合性的技术问题和经济问题。假若在较宽的温度范围都能获得合格的锻件,应该从经济角度来选择合理的工艺规程。很明显,温度愈高,锻造就愈容易,生产率也就会愈高;但是燃料的消耗及加热炉的损耗也会愈大;应从这两方面考虑,进行合理的选择。
不锈钢锻造要比碳钢或低合金钢要困难得多,这是因为不锈钢在高温状态下或在锻造时,其显微组织在较高温度下仍有较高的强度。不同类型及成分的不锈钢具有不同的可锻性和不同的锻造负荷。
首先考虑终锻温度是如何确定的。以碳素钢及合金结构钢为例,开锻温度(To)应高于A3点,避免在锻造时的相变所引起的裂纹;终锻温度(TG)应尽可能低,避免晶粒的过粗。仅从这方面考虑,终锻温度可能很低。但是终锻温度又取决于开锻温度,对于给定的开锻温度及锻造时间,终锻温度是被确定了的。锻造时间一般不希望长,否则会影响生产率,而开锻温度也不宜太低,否则塑性变形阻力较大,也不经济。因此,除非终锻温度对锻件的性能起着很重要的影响,否则它便是次要的被决定的因素了。对于铁素体不锈钢来说,过大的晶粒会严重影响它的塑性,而这种钢又没有多形性相变,无法用热处理来细化晶粒,因此一般将终锻温度或最后的轧制温度限制在不高于875℃的范围内。
锻造温度愈高,则钢的强度愈低,而塑性则愈大,故生产率愈高。从这方面考虑,开锻温度愈高愈佳。但是也有几个因素阻止了开锻温度的提高。
①. 过热及过烧
温度过高时,晶粒过于粗大,发生过热现象;如温度再提高时,将会发生局部熔化的过烧现象。故开锻温度的理想上限是固相线温度,这只是避免过烧的上限温度。过热温度低于过烧温度,而铸锭还有成分的偏析,因此开锻温度上限约低于固相线温度150~300℃。
②. 氧化及脱碳
温度愈高,则氧化及脱碳程度愈大,金属的损耗也愈多。
③. 温度的控制
在车间内,温度的控制范围应予考虑,确定开锻温度时应加上这方面的安全系数。
④. 燃料及加热设备
这是限制开锻温度的实际条件。
奥氏体耐热不锈钢在过高的热加工温度下,可能出现δ相,也会影响加热工性能,特别是在进行无缝管的穿孔工艺时。
对于热变形时间较长的工艺,例如,轧制或穿孔,还应考虑变形放出的热量,这种热量可以使轧件的温度升高。
高温合金的高温强度较高,必须在较高的温度才能锻造;而这些合金中的合金元素含量较高,固相线温度因而较低,又不容许有太高的锻造温度。对于这些难加工的金属材料,常常需要用热加工性能来选择加工温度。
锻造的另一个问题是锻压比。对于碳化物较多的工具钢,例如,高速钢,常常要求高于一定数值的锻压比,才能打碎初生碳化物,避免严重的碳化物偏析。