模锻工应知知识——模具行业从业者必备知识手册
-
模具设计, 质量管控, 工艺工程, 钢材处理 | 19
模锻工应知知识
常州精棱铸锻有限公司
人力资源部
精棱锻造主要产品
Jingling Forge Products
精棱锻造主要产品
Jingling Forge Product
液压油缸类锻件 Hydraulic Cylinder Cap
精棱锻造主要产品
Jingling Forge Product
半轴类锻件 Spindle Forging
锻造材料及其加热知识- 钢的分类和牌号
（1）钢的分类 钢可按化学成分、品质、用途和其他等四种方法分类。
1）按化学成分，可分为碳素钢和合金钢两类。
① 碳素钢：碳素钢的成分除铁外，还有碳和一定数量的硅、锰、硫、磷等元素。碳素钢按其含碳量可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
② 合金钢：在碳素钢中加入一定数量的合金元素的钢称为合金钢。钢中加入的合金元素有铬（Cr）、镍（Ni）、硅（Si）、硼（B）、铌（Nb）等。按合金元素含量的多少，合金钢又分为低合金钢、中合金钢和高合金钢。
2）按品质分类，根据钢中有害杂质硫、磷等的多少可分为
① 普通钢：钢中含硫量不超过0.050％，含磷量不超过0.055％。
② 优质钢：钢中含硫量不超过0.040％，含磷量不超过0.040％，含铜量不超过0.030％。
③ 高级优质钢：钢中含硫量不超过0.030％，含磷量不超过0.035％，含铜量不超过0.025％。
3）钢按用途分类可分为：
① 结构钢：用于工程结构和制造机械零件。可分为碳素结构钢、合金结构钢、滚珠轴承钢和弹簧钢。
② 工具钢：用于制造各种工具，包括碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢。
③ 特殊用途钢：具有特殊物理、化学性能和作为特殊用途的钢。如不锈钢、耐热钢、磁性材料和电热合金等。
4）钢的其他分类方法，指除上述分类方法外的分类方法。按炼钢方法不同分为平炉钢、转炉钢和电炉钢；按浇注前脱氧程度不同分为镇静钢、沸腾钢和半镇静钢；按金相组织不同分为奥氏体钢、马氏体钢和碳素体钢。
（2）钢的牌号表示方法 各类钢号的具体表示方法如下：
1）普通碳素结构钢的牌号又Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等。
“Q”表示屈服点，数字表示屈服点数值。
2）优质碳素结构钢的牌号有05、08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85等。
数字表示平均含碳量是万分之几，如08F表示含碳量为0.08％左右的优质碳素结构沸腾钢；45表示含碳量为0.45％左右的优质碳素结构钢。
3）碳素工具钢的牌号有T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13等。牌号中的数字表示含碳量是千分之几，牌号后加A者为高级优质碳素工具钢。
4）合金结构钢有40Cr、35CrMo、40CrNi、38CrMoAl等。牌号中的前两位数字表示平均含碳量是万分之几。合金元素平均含量小于1.5％时，只标出合金元素，其后面不标明含量；平均含量大于1.5％、2.5％、3.5％、4.5％等时，应该在该元素后面相应地标出2、3、4、5等。
5）滚珠轴承钢有GCr15、GCr15SiMn、GCr15SiMnMoV等，其中“G”表示滚珠轴承钢，数字表示平均含铬是千分之几。
6）合金工具钢有3Cr2W8V、8Cr3、5CrMnMo、5CrNiMo、Cr12MoV等。牌号中第一位数字表示平均含碳量是千分之几，合金元素平均含量的表示方法同合金结构钢。
7）高速工具钢有W18Cr4V、W12Cr4V4Mo、W6Mo5Cr4V2Al等。高速工具钢的牌号中不标出含碳量，把钨元素写在前面，合金元素的平均含量表示方法与合金结构钢相同。
8）不锈钢、耐热钢和高电阻电热合金，这几种钢的牌号表示方法与合金工具钢相同，但含碳量一般不予标出。
不锈钢如0Cr13、1Cr13、2 Cr13、3 Cr13、4 Cr13、9 Cr18、0Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等。
耐热钢如4Cr9Si2、1Cr18Si2、1Cr13、1Cr18Ni9Ti、4Cr10Si2Mo等。
电热合金钢如Cr18A15、Cr13Al4、1Cr15Al5等。 - 金属加热的基本方法
金属加热的方法按其所使用的能源不同，主要分为火焰加热和电加热两大类。
（1）火焰加热法 利用燃料燃烧所放出的热能，通过热辐射、热传导和热对流三种方式来加热金属的装置，称为火焰加热炉。
火焰加热炉用的燃料有煤、焦炭、重油、柴油、各种煤气和天然气等。火焰加热法就是在火焰加热炉内加热金属的方法。它的优点是燃料来源方便，各种规格和形状的钢锭和坯料均可加热，因此在生产中被广泛地采用。其缺点是加热质量难以控制，劳动条件差及加热速度慢等。
（2）电加热法 利用电能转变为热能来加热金属的方法称为电加热法。电加热包括电阻炉加热、接触电加热和感应加热等。它的优点是加热速度快，炉温易控制，氧化和脱碳少，便于实现机械化和自动化，劳动条件好。主要缺点是结构复杂，投资费用大等。
电阻炉原理图
2.电阻炉加热
电阻炉是利用电流通过电阻元件产生的热量加热坯料。其结构如图所示。
1—踏杆；2—炉门；3—电阻丝；4—炉膛；5—坯料
模锻工艺与模具-- 锻造加热
感应电加热原理图
3.感应电加热
感应加热是利用电磁感应原理，把坯料放在交变磁场中，使其内部产生感应电流，从而产生焦耳热来加热坯料，
1—感应器；2—坯料；3—电源
模锻工艺与模具-- 锻造加热 - 燃料及其燃烧
（1）燃料的种类和成分 锻造加热用的燃料按其状态可分为固体燃料、液体燃料和气体燃料三类。固体燃料有煤、焦炭等。液体燃料有重油、柴油等。气体燃料有各种煤气、天然气等。
（2）燃料的燃烧过程 燃料中的可燃物质与空气中的氧进行剧烈氧化的过程，叫做燃料的燃烧过程。燃料在燃烧中放出大量的热和光。
要使燃料燃烧，必须将燃料加热。把燃料加热到开始燃烧时的温度，叫做燃料的燃点。燃料、氧气和燃点是燃烧的三要素。 - 燃料及其燃烧
燃料燃烧时放出的热量把所生成的炉气加热至所能达到的温度叫做燃烧温度。将空气和气体燃料进行预热，采用最少量的过剩空气，或采用富氧（含氧较多）空气加热和加快燃烧速度等可提高燃烧温度。
锻造加热设备
Heating Facilities in Forge Process
锻造加热全部采用先进的中频感应加热设备
All the heating facilities used for forge process are mid-frequency induction.
（1）热处理一般概念
金属材料是由许多杂乱无章的小晶体组成，小晶体的晶胞有体心立方、面心立方、密排六方三种晶格。控制温度的变化能使三种晶格互相转变，这种转变称为同素异构转变并对金属的性能有较大的影响。
体心立方晶格
面心立方晶格
密排六方晶格
体心立方晶格
面心立方晶格
晶胞的形式
常见的金属晶格结构：
钢铁材料主要是由铁（Fe）元素和碳（C）元素组成的铁碳合金，在合金中Fe、C原子以机械混合物（如砂子和米）、化合物（即按严格比例化合成另一种性能的物质如Fe3C）、固溶体三种状态存在。固溶体是固态下C原子溶进冷铁原子晶格或把Fe原子置换出来。控制温度，就能控制C原子的溶进数量和位置，从而改变金属材料的组织与性能。
控制金属材料的加热温度和冷却速度还能改变金属的晶粒和碳（石墨）元素状态、大小与分布，从而改变金属的组织结构与性能。一般晶粒越细分布均匀、材料性能好，反之性能差。一般材料中碳元素呈球状比片状强度高。
基于以上三种原因，工程上常用控制金属加热温度或冷却速度的方法改变金属材料的组织和性能，以达到所需要的使用目的。这就是金属热处理的原理和目的。
（2）钢的常用热处理
钢的热处理工艺很多，但常见的有以下几种。
1）退火 把钢加热到一定温度（Ac3以上），保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，从而得到接近平衡组织的一种热处理方法。
退火的目的是消除锻件、铸件、焊接件的内应力，降低硬度，提高塑性，改善切屑性能，防止变形等。根据材质、目的及要求不同，常用的退火方法有：扩散退火、完全退火、球化退火、等温退火、去应力退火、再结晶退火等。
2）正火 加热到Ac3或Accm以上40～60℃或更高温度，达到全奥氏体化后，从炉中取出置于空气中冷却，冷却速度比退火快。主要目的使金属晶粒细化，
还有什么补充参数吗？一起完善。
- 钢的分类和牌号