坯料加热技术优化方案

1.加热的目的

加热的目的是提高金属的塑性，降低变形抗力，以改善金属的可锻性和获得良好的锻后组织。金属加热后进行锻造，可以用较小的锻打力使坯料获得较大的变形量，所以锻造多数是热锻。

2.锻造温度范围

从始锻温度到终锻温度之间的范围，称为锻造温度范围。坯料在加热过程中，加热温度太高会产生加热缺陷，使锻件质量下降，甚至造成废品，因此每种金属都有一个在锻造时所允许的最高加热温度，称为该金属的始锻温度。坯料在锻造过程中，随着热量的散失，温度不断下降，塑性随之下降，变形抗力增强。温度下降到一定程度后，不仅难以继续变形，且易断裂，因此必须停止锻造或重新加热。每种金属允许终止锻造的温度，称为该金属的终锻温度。几种常用金属材料的锻造温度范围如表3-1所示。

表3-1　几种常用金属材料的锻造温度范围

3.加热炉

（1）明火炉

明火炉的工作原理是利用燃料（煤、焦炭）燃烧产生高温火焰，通过对流、辐射把热量传给坯料表面，再由表面向中心传导而使坯料加热。

（2）反射炉

图3-1　反射炉的结构和工作原理

1—燃烧室；2—火墙；3—加热室；4—坯料；5—炉门；6—鼓风机；7—烟道；8—换热器

反射炉的工作原理是利用燃料（煤）在燃烧室中燃烧，高温炉气（火焰）通过炉顶反射到加热室中加热坯料，其结构和工作原理如图3-1所示。燃烧所需的空气由鼓风机送入，经换热器预热后送入燃烧室，高温炉气越过火墙进入加热室，加热室的温度可达1 350℃，废气被换热器加热后从烟道排出，坯料从炉门放入和取出。

明火炉和反射炉因燃烧煤和焦炭而对环境有严重污染，应限制使用并逐步淘汰。

（3）室式炉

室式炉是以重油或天然气、煤气为燃料，炉膛三面是墙，一面有门的炉子。室式重油炉结构如图3-2所示，压缩空气和重油等分别由两个管道送入喷嘴，压缩空气从喷嘴喷出时造成的负压将重油带出并喷成雾状进行燃烧。

室式炉炉体结构简单、紧凑，热效率较高，对环境污染较小。

（4）电阻炉

电阻炉的工作原理是利用电阻加热器通电时产生的热量作为热源，以辐射的方式加热坯料。电阻炉分为中温炉（加热器为电阻丝，最高使用温度约为1 100℃）和高温炉（加热器为硅碳棒，最高使用温度可达1 600℃）。图3-3所示为箱式电阻炉结构示意图。

图3-2　室式重油炉结构示意图(www.xing528.com)

1—炉膛；2—坯料；3—炉门；4—喷嘴；5—烟道

图3-3　箱式电阻炉结构示意图

1—踏杆；2—炉门；3—电阻丝；4—炉膛；5—坯料

电阻炉操作简便，可通过仪表准确控制炉温，且可通入保护性气体控制炉内气氛，以防止或减少坯料加热时的氧化，对环境无污染。电阻炉及其他电加热炉正日益成为坯料的主要加热设备。

4.加热缺陷

金属加热可降低变形抗力、提高塑性，但也会使金属产生缺陷，这些缺陷将直接影响金属的锻造性能和锻件质量。常见的加热缺陷有氧化、脱碳、过热、过烧和加热裂纹等。

（1）氧化和脱碳

采用一般方法加热时，钢料表面不可避免地要与高温炉气中的O2、CO2、H2O（水蒸气）接触，发生剧烈的氧化反应，使坯料表面与表层产生氧化皮和脱碳层。氧化不仅会造成坯料的烧损（每加热一次烧损1%～3%），而且氧化皮对炉膛还有腐蚀作用。脱碳层可以在切削加工的过程中被切掉，一般不影响零件的使用。但是，如果氧化现象过于严重，则会产生较厚的氧化皮和脱碳层，甚至造成锻件报废。

减少氧化和脱碳的措施是严格控制送风量，快速加热，减少坯料加热后在炉内停留的时间，或采用少氧化、无氧化加热等。

（2）过热和过烧

加热坯料时，如果加热温度超过始锻温度，或在始锻温度附近保温过久，坯料内部的晶粒会变得粗大，这种现象称为过热。晶粒粗大的锻件力学性能较差。过热的坯料可采取增加锻打次数或锻后热处理的方法使晶粒细化。

如果将坯料加热到更高的温度，或将过热的坯料长时间停留在高温下，则会造成晶粒间低熔点杂质的熔化和晶粒边界的氧化，从而大大削弱晶粒之间的联系，这种现象称为过烧。过烧的坯料是无可挽回的废品，锻打时必然碎裂。

为了防止过热和过烧，要严格控制加热温度，使其不超过规定的始锻温度；尽量缩短高温坯料在炉内的停留时间，一次装料不要太多，遇到设备故障或意外事故需要停锻时，要及时将炉内已加热的坯料取出。

（3）加热裂纹

尺寸较大的坯料，尤其是高碳钢和一些合金钢锭料，如果加热速度过快，或装炉温度过高，则在加热过程中可能由于坯料内外层之间的温差较大而产生较大的温度应力，从而导致裂纹的产生。这类坯料加热时，要严格遵守有关加热规范。一般中碳钢和低合金钢的中、小型锻件，以轧材为坯料时不会产生加热裂纹。为提高生产率，减少氧化，避免过热，应尽可能采取快速加热的方式。