大型锻件锻件毛坯的冷却方法有哪些式有哪些？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-11-18 07:03 标签： 齿轮坯的锻造工艺过程

钢的变形主要原因是钢中存在内应力或者外部施加的应力。内应力是因温度分布不均匀或者相变所致，残余应力也是原因之一。

外应力引起的变形主要是由于工件自重而造成的“塌陷”，在特殊情况下也应考虑碰撞被加热的工件，或者夹持工具夹持所引起的凹陷等。变形包括弹性变形和塑性变形两种。

尺寸变化主要是基于组织转变，故表现出同样的膨胀和收缩，但当工件上有孔穴或者复杂形状工件，则将导致附加的变形。如果淬火形成大量马氏体则发生膨胀，如果产生大量残余奥氏体则相应的要收缩。

此外，回火时一般发生收缩，而出现二次硬化现象的合金钢则发生膨胀，如果进行深冷处理，则由于残余奥氏体的马氏体化而进一步膨胀，这些组织的比容都随着含碳量的增加而增大，故含碳量增加也使尺寸变化量增大。

二、淬火变形的主要发生时段

加热过程：工件在加热过程中，由于内应力逐渐释放而产生变形。

保温过程：以自重塌陷变形为主，即塌陷弯曲。

冷却过程：由于不均匀冷却和组织转变而至变形。

当加热大型工件时，存在残余应力或者加热不均匀，均可产生变形。残余应力主要来源于加工过程。当存在这些应力时，由于随着温度的升高，钢的屈服强度逐渐下降，即使加热很均匀，很轻微的应力也会导致变形。

一般，工件的外缘部位残余应力较高，当温度的上升从外部开始进行时，外缘部位变形较大，残余应力引起的变形包括弹性变形和塑性变形两种。

加热时产生的热应力和想变应力都是导致变形的原因。加热速度越快、工件尺寸越大、截面变化越大，则加热变形越大。

热应力取决于温度的不均匀分布程度和温度梯度，它们都是导致热膨胀发生差异的原因。如果热应力高于材料的高温屈服点，则引起塑性变形，这种塑性变形就表现为“变形”。

相变应力主要源于相变的不等时性，即材料一部分发生相变，而其它部分还未发生相变时产生的。

加热时材料的组织转变成奥氏体发生体积收缩时可出现塑性变形。如果材料的各部分同时发生相同的组织转变，则不产生应力。为此，缓慢加热可以适当降低加热变形，最好采用预热。

此外，由于加热中因自重而出现“塌陷”变形的情况非常多，加热温度越高，加热时间越长，“塌陷”现象越严重。

冷却不均时将产生热应力导致变形发生。因工件的外缘和内部存在冷却速度差异，该热应力是不可避免的，淬火情况下，热应力与组织应力叠加，变形更为复杂。加之组织的不均匀、脱碳等，还会导致相变点出现差异，相变的膨胀量也有所不同。

总之，“变形”是相变应力和热应力共同所致，但并非全部应力都消耗在变形上，而是一部分作为残余应力存在于工件中，这种应力就是导致时效变形和时效裂纹的原因。

因冷却而导致的变形表现为以下几种形式：

1、件急冷初期，急冷的一侧凹陷，然后转为凸起，结果快冷的一面凸起，这种情况属于热应力引起的变形大于相变引起的变形。

2、由热应力所引起的变形是钢料趋于球形化，而由相变应力所引起的变形则使之趋于绕线轴状。因此淬火冷却所致的变形表现为两者的结合，按照淬火方式的不同，表现出不同的变形。

3、仅对内孔部分淬火时，内孔收缩。将整个环形工件加热整体淬火时，其外径总是增大，而内径则根据尺寸的不同时涨时缩，一般内径大时，内孔涨大，内径小时，内孔收缩

冷处理促进马氏体转变，温度较低，产生的变形比淬火冷却要小，但此时产生的应力较大，由于残余应力、相变应力和热应力等的叠加容易导致开裂。

工件在回火过程中由于内应力的均匀化、减小甚至消失，加上组织发生变化，变形趋于减小，但同时，一旦出现变形，也是很难矫正的。为了矫正这种变形，多采用加压回火或喷丸硬化等方法。

通常情况下，一次淬火后的工件未经过中间退火而进行重复淬火，将增大变形。

重复淬火引起的变形，经过重复淬火，其变形累加而趋于球状，容易产生龟裂，但形状相对稳定了，不再容易产生变形了，因此重复淬火前应增加中间退火，重复淬火次数应小于等于2次（不含首次淬火）。

加热过程中，在450℃左右，钢由弹性体转变为塑性体，因此很容易呈上升塑性变形。同时，残余应力在约高于此温度时也将因再结晶而消失。

因此，快速加热时，由于工件内外部存在温度差，外部达到450℃变成了塑性区，受而内部温度较低处存在残余应力作用而发生变形，冷却后，该区域就是出现变形的地方。

由于实际生产过程中，很难实现均匀、缓慢加热，淬火前进行消除应力退火是非常重要的，除了通过加热消除应力外，对于大型零件采用振动消除应力也是有效的。

什么是热处理炉？其与加热炉有何异同？

热处理炉是对金属工件进行各种金属热处理的工业炉的统称，是进行热处理的主要设备。

金属工件或材料通过热处理炉的工艺处理，可改变金属组织的结构，从而改变其物理、化学和力学性能，增加或者降低金属材质的硬度、强度、弹性、韧性、塑性等，以满足产品使用需求。

热处理炉可以采用各种加热炉的炉型，其炉温一般较加热炉低，但对控制炉温和炉内气氛等要求较严格。热处理炉大多使用气体燃料加热，为了准确控制炉温，有的则用电加热。

热处理由于工艺的不同，温度高的可达1300℃，低的只有100℃左右，温度相差如此之大，其炉子结构也有很大区别；压力加工前的加热，主要目的是得到塑性好的奥氏体钢，其温度范围为900~1200℃；

炉温高于650℃的叫高温热处理炉，热量的传递方式以辐射为主，对流为辅；温度低于650℃的叫低温热处理炉，热量的传递主要依靠对流。

热处理要求炉温均匀，避免局部温度过高，热处理炉的温度对产品质量有很大影响，被加热物料断面上的温度分布应尽可能均匀，温差不得超过5~15℃；就控制炉温而言，电炉比较优越；

为了达到准确控制炉温的目的，烧嘴布置应均衡，以便于分段控制，烧嘴太少，过于集中，容易出现局部过热；同时，烧嘴或电热体及炉子结构布置应利于炉气循环。

热处理炉要尽量减少金属的氧化和脱碳；对某些钢材的热处理，不允许有表面的氧化和脱碳，应保持表面光洁；

热处理炉往往需要密封，以便控制炉气成分，有时还要保持炉内有某种特定的气体，如冷加工钢材的光亮退火炉，多半在保护性气体或在真空炉中进行，故马沸罩和辐射管在热处理炉上应用比其炉窑要多；

当工件和钢材进行化学热处理时，如渗碳、渗氮等，都要保持在一定活性成分介质中加热，需用马沸炉或浴炉。

4、生产率及热效率较低

热处理时，为了使金属断面上温度均匀，使结晶组织转变的完全，需要使金属在炉内停留较长时间，不论是哪一种热处理，材料在炉内都有一个或几个均热或保温阶段，冷却过程也往往在炉内进行；

有些品种的热处理，甚至要进行多次加热、保温盒冷却；许多热处理炉又是周期性作业；综合以上原因，热处理炉的生产率和热效率比轧钢加热炉低得多。

台车式热处理炉有何分类应用和优缺点？

台车式热处理炉也称车底式炉，炉底由台车组成，可以通过传动机构或滑轮装置把炉底拉出炉外或推入炉内。

根据加热方式的不同，可分为台车式燃料炉和台车式电阻炉。

台车式炉适用于不便在室式炉内加热的大型钢锭、钢坯、钢板的锻压前加热和大型铸件、锻件、焊接件的热处理加热；其中台车式燃料炉大多用作重量较大的管材、板材或大型锻件、铸件、钢锭等的退火；台车式电阻炉一般用于钢带、板卷的退火。

主要优点是可用吊车来装卸工件。

是加热时不易均匀，加料和出料时炉温降低较大。

台车式热处理炉有何结构特点？

炉子由固定的加热室和在台车上的活动炉底两大部分组成，装有行走机构的炉底由牵引机构沿地面上的轨道拉出或拖入炉膛，便于在炉外装卸工件，烧嘴多布置在炉膛两侧，台车式热处理炉的炉温范围通常为300~1100℃。

其与箱式炉相比，增加了台车电热元件通电装置、台车与炉体间密封装置及台车行走驱动装置；台车炉密封性较差，加热室与活动台车接触边缘的密封多采用砂封装置；为提高炉温均匀性，在台车底板下或炉门及后壁上装有电热元件，并在加热室顶部安装风扇强制炉气循环。

台车电热元件一般采用触头通电，尾部设有固定触头，炉体后设有弹簧动触头，以保证台车进入炉膛后触头很好接触；由于炉底需要移动，台车与炉墙间留有一定的间隙，保温性差，热损失较大。

台车式炉的炉门较大，炉门和门框在结构上要保证一定的刚性，以避免受热变形；大型炉门采用型钢焊接框架并在四周镶有铸铁镶边；框架内衬有耐火和绝热材料，炉门用电动或液压升降机构启闭；

台车由车架、行走机构和砌体组成；常用的行走机构有车轮式、滚柱式和滚球式3种；移动台车所用的牵引机构有钝齿轮销齿条式、钢丝绳卷扬机式和电动链条式等类型。

60年代以来，随着核发电设备的发展，出现了特大型台车式炉，台车宽度达11米，长度达40米；

为了适应工业发展的需要，现代的台车式炉还采用高速烧嘴，以强化炉内对流换热，促进炉气循环，提高炉温均匀程度，并采用包括程序控制在内的自动控制系统，以提高自动化操作水平。

按加热方式热处理炉有何分类？

热处理炉按加热方式可为两类，一类是直接加热，例如直接电热、高频感应加热等；另一类是间接加热，如马沸罩和辐射管热处理炉。

按炉型热处理炉有何分类？

其按工作方式分有间歇式和连续式两类，其中间歇式热处理炉有台车式炉、罩式炉、坑式炉、固定炉底室状炉和井式炉等；连续式热处理炉有推进式炉、链式炉、辊底式炉、步进式炉、环形炉、分室炉、震底炉、隧道式炉、水平牵引炉和塔式炉等炉型。

分有外热式和内热式；其中外热式有电热式和燃料式，内热式有管式和电极式。

分有电极式、电热体式和煤气式。

是炉膛呈负压气氛或真空中的热处理炉，根据工艺目的作用分有无氧化炉、渗碳炉、渗氮炉等。

可控气氛热处理炉有哪些炉型？

可控气氛热处理炉包括带钢连续式光亮退火炉、气垫式铝材生产线退火炉、多用炉联合机组、连续渗碳炉、辊底式炉、网带式炉、罩式炉等，以上炉型国内应用前期多为由国外引进。

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