金属加热的原理与方法

金属加热的目的是提高其塑性和降低变形抗力，即提高金属的锻造性能。除少数具有良好塑性的金属可在常温下锻造成型外，大多数金属在常温下的锻造性能较差，造成锻造困难或不能锻造。但将这些金属加热到一定温度后，可以大大提高塑性，只需要施加较小的锻打力，便可使其发生较大的塑性变形，这就是热锻。

加热是锻造工艺过程中的一个重要环节，它直接影响锻件的质量。加热温度如果过高，会使锻件产生加热缺陷，甚至造成废品。因此，为了保证金属在变形时具有良好的塑性，又不至于产生加热缺陷，锻造必须在合理的温度范围内进行。各种金属材料锻造时允许的最高加热温度称为该材料的始锻温度；终止锻造的温度称为该材料的终锻温度。

1.锻造加热设备

锻造加热炉按热源的不同，分为火焰加热炉和电加热炉两大类。

(1)火焰加热炉　火焰加热炉采用燃煤、焦炭、重油、煤气等作为燃料，利用燃料燃烧的高温火焰将锻坯加热。常用的火焰加热炉有手锻炉、反射炉、重油炉和煤气炉几种。

图4－1　中温箱式电阻炉

1－踏杆；2－炉门；3－电阻丝；4－炉膛；5－坯料

(2)电加热炉　电加热炉有电阻加热炉、接触电加热炉和感应加热炉等。电阻炉是利用电流通过布置在炉膛围壁上的电热元件产生的电阻热为热源，通过辐射和对流将锻坯加热。炉子通常做成箱形，分为中温箱式电阻炉和高温箱式电阻炉。

在锻工实习中常用箱式电阻炉如图4－1所示。中温箱式电阻炉的发热体为电阻丝，最高工作温度950℃，一般用来加热有色金属及其合金的小型锻件；高温箱式电阻炉的发热体为硅碳棒，最高工作温度为1350℃，可用来加热高温合金的小型锻件。电阻加热炉操作方面，可精确控制炉温，无污染，但耗电量大，成本较高，在小批量生产或科研实验中广泛采用。

2.锻造温度范围

坯料开始锻造的温度(始锻温度)和终止锻造的温度(终锻温度)之间的温度间隔，称为锻造温度范围。常用钢材的锻造温度范围见表4－1。

表4－1　常用钢材的锻造温度范围

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在保证不出现加热缺陷的前提下，始锻温度应选得高一些，以便有较充足的时间锻造成型，减少加热次数。在保证坯料有足够塑性的前提下，终锻温度应选的低一些，以便获得内部组织细密、力学性能较好的锻件，同时也可延长锻造时间，减少加热次数。但终锻温度过低会使金属难以继续变形，易出现锻裂现象和损伤锻造设备。

3.锻件温度的观测

锻件的温度可以采用以下两种方法进行观测确定:

(1)温度计法　通过加热炉上的热电偶温度计，显示炉内温度，可知道锻件的温度；也可以使用光学高温计观测锻件温度。

(2)目测法　单件小批量生产的条件下可根据坯料的颜色和明亮度不同来判别其温度，即用火色鉴别法，碳钢温度与火色的关系见表4－2。

表4－2　碳钢温度与火色的关系

4.碳钢常见的加热缺陷及防止(减少)措施

由于加热不当，碳钢在加热时可出现多种缺陷，生产中应采取措施加以防止(减少)，具体见表4－3。

表4－3　碳钢常见的加热缺陷及防止(减少)措施

(续表)