第七章 热挤压
热挤压的基本形式
第七章 热挤压
第二节 热挤压坯料的加热
挤压前对坯料进行加热的目的：提高金属的塑性、降低变形 抗力、使金属易于流动，并使零件获得良好的组织性能。 一、坯料的加热方法
1、火焰加热 利用燃料在加热炉内燃烧产生含有大量热能的高温气体，通过 对流、辐射把热能传递给坯料表面，通过由表及里的热传导而使金属坯料加热 到预定的温度。 燃料种类：固体燃料(煤、焦碳等)、液体燃料(石油等)、气 体燃料(天然气、煤气等)。 优点：燃料来源方便、加热炉造价较低，对坯料适应性广等。 缺点：劳动条件较差、加热速率较慢、加热炉温度难以控制，还生产较大的金 属烧损，对环境也有较大影响。
电阻加热炉的加热温度受电热体的限制，热效率比感应加热低得多，加热 速率也较慢。但它对坯料的适应性非常广，特别是适应加热有色金属坯料。另 外，该法也可以采用保护性气体实现少无氧化加热。
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二、加热缺陷
1、氧化 钢在非保护性介质中加热时会产生氧化，在钢的表面上生成氧化皮。 降低挤压件表面质量、嵌在挤压件中形成凹坑，造成金属烧损。 措施：快速加热、控制炉内气氛或保护性介质。 保护性介质分为：气体保护介质(纯惰性气体)、液体保护介质(玻璃熔体)
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1、开始挤压温度的确定 就提高金属的塑性和 低变形抗力而言，钢的热挤压开始温度越接近 固相线越有利，但加热温度过高会出现过热、过 烧缺陷。因此，碳钢的开始挤压温度应低于碳碳平衡相图固相线150-250℃。此温度下，钢的 组织为单相奥氏体，塑性好，变形抗力，易于较 大程度的挤压。
2、结束挤压温度的确定 在确定结束挤压温度 时，既要保证钢具有足够塑性，又要使挤压件能 够获得良好的组织性能。为了保证完全再结晶， 使挤压件获得细晶粒组织，钢的结束挤压温度应 高于其再结晶温度。
4、过烧 当钢加热到接近熔化温度，并在此温度长时间停留，不但使奥氏体 晶粒粗大，同时由于氧化性气体渗入到晶界使晶间物质Fe、C元素等发生氧化， 形成易熔共晶体，使晶间联接破坏，这种加热缺陷称为过烧。
坯料一旦过烧，只能报废。
5、开裂 坯料内部的温度差会导致温度应力，并且只有当坯料的断面出现温 度梯度且处于弹性状态时，即坯料温度低于550℃时才会出现温度应力。当温 度应力超过该温度下的抗拉强度时，就会产生裂纹，即加热开裂。
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2、电加热 电加热是通过把电能转变为热能来加热金属坯料。常见的方法有： 感应电加热、接触电加热和电阻炉加热等。
(1)感应电加热 将金属坯料置于交变电场中，在坯料内产生感应电流而达到 加热的目的。
特点：加热速度快、氧化烧损少(少于0.5%)、热效率高、炉温可控易于实 现自动化加热。
加热电源分为工频(50Hz)、中频(50-10000Hz)和高频(10000Hz以上)三种。
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四、钢的加热规范
钢的加热规范，是指钢料从装炉开始到加热完了的整个过程，对加热炉温 度和钢料随时间变形的规定。
包括：加热速率、加热温度、加热时间和保温时间等内容。 制定加热规范的原则是：在保证坯料不会开裂的条件下，加热速率越快越 好，加热时间越短越好。 感应加热是坯料通过电流自身发热的，其温度应力很小，一般不会出现开 裂。这里指的加热规范主要是火焰炉的加热。
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(1)对于截面直径小于120mm的碳钢和合金钢，不存在开裂危险，可以炉子的最 大加热速率加热，直到开始挤压温度。一般的加热时间可用下式计算：
t=(0.4-0.6)d 其中，t为加热时间(min)；d为钢料直径或为非圆截面坯料的最短边长(mm)。
(2)对截面直径大于120mm的碳钢和低合金钢，加热一般分为两段进行。室温至 800℃必须缓慢加热，加热时间可按t=0.4d计算；在800℃左右保温一段时间， 使之均匀热透，然后再以较快的速率加热至开始挤压温度，其加热时间可按 t=(0.2-0.3)d计算。
和固体保护性介质(玻璃粉等)。
2、脱碳 钢加热时，表面的碳与炉气中的氧结合，使表面层含碳量降低。 含碳量越高越容易脱碳。 措施：与防止氧化的措施相同。
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3、过热 加热温度过高或在高温下停留时间过长而造成的奥氏体晶粒过于粗 大的现象。
对于过热不严重的钢，通过大变形量的锻造可以得到改善。如果热挤压件 冷却后仍然是粗晶粒的过热组织，可以采用正火处理来加以纠正。
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本章主要介绍热挤压坯料的加热、热挤压的润滑、模具结构 及材料、热挤压件的冷却及热处理等。
第一节 热挤压概述
热挤压是将材料加热到再结晶温度以上的某个温度进行的挤压。
1、热挤压与冷挤压相比，具有以下优点 (1)热挤压时金属塑性好，降低变形抗力，总挤压力大大下降； (2)热挤压时可以连续成型，有利于提高生产效率。
集肤效应：当坯料进行感应加热时，内部产生的电流密度是断面分布是不 均匀的，中心电流密度小，表层电流密度大。
当加热频率增加时，可以提高加热的剧烈程度，但加热层的深度减少。因 此，加热大直径的棒料要采用较低频率的感应加热炉。
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(2)电阻炉加热 利用电流通入炉内的电热体所产生的热量，以辐射与对流传 热的方式来加热金属坯料。其加热的形式与火焰加热类似。
加热速率越快，坯料截面尺寸越大，导热性能越差，则温度应力越大，开 裂的危险性也越大。
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三、热挤压温度范围的确定
热挤压温度范围，是指开始挤压温度与结束挤压温度之间的一段温度区间。 确定热挤压温度范围的基本原则： (1)在热挤压温度范围内金属应具有良好的塑性和较低的变形抗力； (2)能挤压成形具有良好组织性能和力学性能的工件； (3)热挤压温度范围尽可能宽一些，以便在一次加热后完成数道变形工步，以 提高生产效率。
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2、热挤压与冷挤压相比，存在以下不足 (1)由于热挤压在较高的温度下成形，对模具材料的耐热性提出 了较高的要求； (2)热挤压件的表面质量不佳，尺寸精度较低； (3)热挤压后，工件必须进行热处理。
热挤压工艺的主要过程：坯料制备→坯料加热→挤压成型(预成 形、终成形)→后续工序(冲孔、校正或精压) →挤压件热处理→ 表面处理→精加工。