温锻温度的选择与材料流动应力的关系

由于产品对象不同，零件的变形程度不同，设备条件不同，对产品的性能和尺寸公差以及表面粗糙度的要求不同，所选择的温锻温度也会有所不同。

在选择温锻温度时一般应考虑以下几个问题。

（一）温度对材料流动应力和塑性的影响

除了塑性较低的材料需考虑塑性指标的变化以外，主要是考虑温度对材料流动应力的影响。希望选择在流动应力较小的温度或者越过较大流动应力的温度进行加工。

图5-2-1示出碳钢的加工温度与压缩流动应力的关系曲线。由图可见，这组曲线的总趋势是温度愈高，流动应力愈低。而且，含碳量高的碳钢，其流动应力随温度的提高而下降的程度比含碳量低的更要显著一些。

这组曲线是在应变速率较小的情况下得出的。应变速率为0.1s^-1，可视为静变形。由图可见，在300℃左右。流动应力有回升现象，这就是蓝脆现象。在蓝脆温度范围内，材料的塑性也较差。金属材料出现蓝脆的温度范围，与应变速率有密切关系。当应变速率增加时，蓝脆区域向温度高的方向移动，如图5-2-2所示。这时，流动应力也比速率低的时候要下降一些。由图可见，15钢在应变速率为40s^-1时，蓝脆表现在450℃以上。应变速率40s^-1，是与在曲柄压力机上实际挤压生产的应变速率相一致的。在液压机上温锻时的应变速率，常常可以参照所谓静变形时的应变速率。这样，也就可以预测在液压机上温锻时蓝脆出现的大概温度。

图5-2-1 碳钢的加工温度与压缩流动应力的关系

图5-2-2 15钢在各种应变速率下加工温度与压缩流动应力的关系

（图中的静变形是指应变速率为0.25s^-1）

低、中碳钢、低合金钢（如15CrMn、35CrMo、30CrMnSi）和轴承钢GCr15都存在蓝脆现象。其中以低碳钢最为明显。在中或高合金钢、工具钢、不锈钢等中因合金元素众多的影响，使蓝脆变得不明显或消失。

图5-2-3示出一种低碳钢加热温度对应力-应变曲线的影响。由图可见，为了降低变形力，低碳钢的加热温度必须高于300℃。

过去有人在金属相变温度范围对钢试件作压缩和

图5-2-3 低碳钢的加热温度对应力-应变曲线的影响

拉伸试验，发现在相变区金属会失去本身的塑性。但是近十几年来，国内外许多工厂对一些钢进行温锻，恰恰就在相变温度范围内。特别是高强度钢往往在700～800℃处于珠光体转变为奥氏体的相变温度区内，即在铁-碳平衡图的与之间。实践证明，在相变温度范围内温锻，不但可以满足塑性要求，而且零件经过金相分析、力学性能试验以及实际使用，都没有发现任何不良现象。

各类材料的流动应力和塑性指标与温度的关系曲线分别列示如下。这些曲线是用拉伸试验得出的。拉伸夹头速度符合静力试验要求，即夹头速度在屈服点以后不大于试样计算长度的0.4倍。

1.碳钢

图5-2-4示出45钢在各种温度时的力学性能变化。由图可见，抗拉强度R_m从室温到300℃略有下降。在300～450℃之间，出现上升峰值，这一区间就是蓝脆区。过了蓝脆区，下降较为剧烈。至650℃，R_m约为200MPa；至800℃，约为100MPa。与此同时，塑性指标明显上升。为了降低变形力，加热温度应高于蓝脆区。

2.合金结构钢

图5-2-5示出合金结构钢30CrMnSiA在各种温度时的力学性能变化。在300℃左右出现蓝脆。过了蓝脆区，R_m剧烈下降。

3.奥氏体不锈钢

图5-2-6示出奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti在各种温度下的力学性能。由图可见，在从室温升到200℃时，抗拉强度急剧下降，而在200℃升至500℃时，抗拉强度几乎不发生变化；在高于500℃以后又开始急剧下降。因此，如仅从温度对变形力的影响来看，对奥氏体不锈钢的温锻温度不是选在低温范围200℃左右，就应选在500～600℃以上。

4.马氏体不锈钢

2Cr13的强度-温度关系曲线如图5-2-7所示。由图可见，在高于500℃时，强度明显下降。为了获得较低的变形力，应在600℃以上作变形，即选择温锻温度高于其回火温度。

图5-2-4 45钢在各种温度时的力学性能变化

图5-2-5 30CrMnSiA在各种温度时的力学性能（原材料为退火状态）(www.xing528.com)

图5-2-6 1Cr18Ni9Ti在各温度下的抗拉强度、伸长率和断面收缩率

（试样经1100℃，保温8～10min，在沸水中淬火，HBW=130）

图5-2-7 2Cr13的强度-温度曲线（回火状态）

5.高温合金

高温合金GH140在各温度时的力学性能如图5-2-8所示。从室温到300～400℃，抗拉强度大约下降10%以上。在400～600℃，抗拉强度几乎不发生变化。超过600℃以后，抗拉强度明显下降。在800℃时，抗拉强度比室温时下降61%。因此，从降低变形力的观点来看，温锻温度应选在300～400℃或600～800℃范围。但是GH140比18-8型不锈钢粘模更为严重，而且温锻温度越高，粘模越严重。因此，在当前使用的润滑剂条件下，实际生产只能选在300～400℃作为温锻温度范围。

6.铝合金

2A12和7A04铝合金，室温时相对伸长率小于20%，为低塑性材料。图5-2-9和图5-2-10分别为2A12和7A04铝合金的力学性能与温度的关系曲线。可见，随温度上升，抗拉强度不断下降，而塑性指标不断上升。在200℃以前，曲线变化平缓，而在200～350℃之间，变化较快。超过350℃，变化又趋平缓。在250～400℃之间，强度比室温时已大幅度下降，同时塑性变好。

图5-2-8 GH140在各种温度下的力学性能

（试样经1050℃加热，保温10min，冷水中冷却）

图5-2-9 2A12力学性能与温度的关系

（试样经410℃保温3h，炉冷退火）

图5-2-10 7A04力学性能与温度的关系

（试样经410℃保温3h，炉冷退火）

（二）钢的强烈氧化问题

一般钢在温度高于800℃以上氧化变得剧烈。图5-2-11示出15钢在不同加热温度下的氧化情况。由图可见，低于800℃温锻，氧化程度很小，特别采用快速加热法，毛坯加热前涂固体润滑剂等都有助于防止毛坯加热时的氧化。至于高铬钢（1Cr18Ni9Ti，Cr17Ni2，Cr9Si2，2Cr13，4Cr13等）在700℃以前几乎没有氧化问题（只变色）。

图5-2-11 15钢在加热中的氧化情况

（三）温锻温度对产品性能的影响

关于在蓝脆温度温锻对产品性能的影响前已叙述。至于温锻产品的力学性能，将在本节六中专门讨论。这里只举一个例子，说明选择温锻温度时，必须考虑对产品性能的影响，例如，奥氏体不锈钢0Cr18Ni9在500～800℃加热时，过饱和固溶体中的C和Cr结合形成Cr23C6从晶界析出，会影响产品的抗晶间腐蚀性能。当然，如在变形以后进行固溶处理，可以提高抗蚀性，但也失去了温锻的某些优点。

（四）其他

在选择温锻温度时，还需要考虑使模具承受的单位压力不要超过2000MPa。此外，还要对车间设备吨位、产品尺寸公差等级和表面粗糙度要求等作综合考虑。

常用温锻温度如表5-2-2所示。

表5-2-2 各种材料的常用温锻温度