金屬鍛造是利用錘頭的沖擊力或水壓機的壓力使坯料改變成我們所需要的形狀的一種加工方法。金屬的可鍛性就是材料在承受錘鍛加工工藝時,改變形狀而不產(chǎn)生裂紋的性能。
鍛造對提高鋼的塑性和改善鋼的質(zhì)量有許多優(yōu)點,這是因為鍛造時可以破碎被鍛造金屬的鑄態(tài)組織。因此,在我國的一些合金鋼廠中都有鍛造車間。鍛造分為自由鍛造和模鍛兩種,如圖5-2所示。
從生產(chǎn)角度考慮,應(yīng)該在滿足鍛件尺寸及性能要求的基礎(chǔ)上,盡量發(fā)揮生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)率和降低燃料及設(shè)備的消耗。因此,選擇開鍛和終鍛溫度是一個綜合性的技術(shù)問題和經(jīng)濟問題。假若在較寬的溫度范圍都能獲得合格的鍛件,應(yīng)該從經(jīng)濟角度來選擇合理的工藝規(guī)程。很明顯,溫度愈高,鍛造就愈容易,生產(chǎn)率也就會愈高;但是燃料的消耗及加熱爐的損耗也會愈大;應(yīng)從這兩方面考慮,進行合理的選擇。
不銹鋼鍛造要比碳鋼或低合金鋼要困難得多,這是因為不銹鋼在高溫狀態(tài)下或在鍛造時,其顯微組織在較高溫度下仍有較高的強度。不同類型及成分的不銹鋼具有不同的可鍛性和不同的鍛造負(fù)荷。
首先考慮終鍛溫度是如何確定的。以碳素鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼為例,開鍛溫度(To)應(yīng)高于A3點,避免在鍛造時的相變所引起的裂紋;終鍛溫度(TG)應(yīng)盡可能低,避免晶粒的過粗。僅從這方面考慮,終鍛溫度可能很低。但是終鍛溫度又取決于開鍛溫度,對于給定的開鍛溫度及鍛造時間,終鍛溫度是被確定了的。鍛造時間一般不希望長,否則會影響生產(chǎn)率,而開鍛溫度也不宜太低,否則塑性變形阻力較大,也不經(jīng)濟。因此,除非終鍛溫度對鍛件的性能起著很重要的影響,否則它便是次要的被決定的因素了。對于鐵素體不銹鋼來說,過大的晶粒會嚴(yán)重影響它的塑性,而這種鋼又沒有多形性相變,無法用熱處理來細(xì)化晶粒,因此一般將終鍛溫度或最后的軋制溫度限制在不高于875℃的范圍內(nèi)。
鍛造溫度愈高,則鋼的強度愈低,而塑性則愈大,故生產(chǎn)率愈高。從這方面考慮,開鍛溫度愈高愈佳。但是也有幾個因素阻止了開鍛溫度的提高。
①. 過熱及過燒
溫度過高時,晶粒過于粗大,發(fā)生過熱現(xiàn)象;如溫度再提高時,將會發(fā)生局部熔化的過燒現(xiàn)象。故開鍛溫度的理想上限是固相線溫度,這只是避免過燒的上限溫度。過熱溫度低于過燒溫度,而鑄錠還有成分的偏析,因此開鍛溫度上限約低于固相線溫度150~300℃。
②. 氧化及脫碳
溫度愈高,則氧化及脫碳程度愈大,金屬的損耗也愈多。
③. 溫度的控制
在車間內(nèi),溫度的控制范圍應(yīng)予考慮,確定開鍛溫度時應(yīng)加上這方面的安全系數(shù)。
④. 燃料及加熱設(shè)備
這是限制開鍛溫度的實際條件。
奧氏體耐熱不銹鋼在過高的熱加工溫度下,可能出現(xiàn)δ相,也會影響加熱工性能,特別是在進行無縫管的穿孔工藝時。
對于熱變形時間較長的工藝,例如,軋制或穿孔,還應(yīng)考慮變形放出的熱量,這種熱量可以使軋件的溫度升高。
高溫合金的高溫強度較高,必須在較高的溫度才能鍛造;而這些合金中的合金元素含量較高,固相線溫度因而較低,又不容許有太高的鍛造溫度。對于這些難加工的金屬材料,常常需要用熱加工性能來選擇加工溫度。
鍛造的另一個問題是鍛壓比。對于碳化物較多的工具鋼,例如,高速鋼,常常要求高于一定數(shù)值的鍛壓比,才能打碎初生碳化物,避免嚴(yán)重的碳化物偏析。