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金属材料的等温锻造

浏览数量: 19     作者: 本站编辑     发布时间: 2022-06-11      来源: 本站

一、等温锻造的定义及原理

等温锻造是指将模具和要变形的坯料加热到同一最合适温度,进行恒温锻造的过程。等温锻造与常规锻造不同,在于它解决了毛坏与模具之间的温度差影响,使热毛坏在被加热到锻造温度的恒温模具中,以较低的应变速率成形。从而解决了在常规锻造时由于变形金属的表面激冷造成的流动阻力和变形抗力的增加,以及变形金属内部变形不均匀而引起的组织性能的差异。使得变形抗力降低到常规模锻的1/10-1/5,实现了在现有设备上完成较大锻件的成形,也使复杂程度较高的锻件精锻成形成为可能。这项技术也是目前国际上实现净成形或近净成形技术的主要方法之一。
等温锻造通常指的是毛坯成形的工艺条件,它不包含毛坏在变形过程产生热效应引起的温升所造成的温差;由于热效应与金属成形时的应变速率有关,所以在考虑到这一影响时,一般在等温成形条件下,尽可能选用运动速度低的设备,如液压机等。


二、等温锻造的分类

从等温锻造技术的研究与发展看,等温锻造可分为三类。
1.等温精密模锻。即金属在等温条件下锻造得到小斜度或无斜度、小余量或无余量的锻件。这种方法可以生产一些形状复杂、尺寸精度要求一般,受力条件要求较高、外形接近零件形状的结构锻件。
2.等温超塑性模锻。即金属不但在等温条件下,而且在极低的变形速率(10-4/s)条件下呈现出异常高的塑性状态,从而使难变形金属获得所需形状和尺寸。
3.粉末坏等温锻造。这类工艺方法是以粉末冶金预制坏(通过热等静压或冷等静压)为等温锻原始坯料,在等温超塑条件下,使坯料产生较大变形、压实,从而获得锻件。这种方法可以改善粉末冶金传统方法制成件的密度低、使用性能不理想等问题。
上述三类等温锻工艺方法,可根据锻件选材和使用性能要求选用。同时还应考虑工艺的经济性和可行性等。


三、等温锻件的优点
由等温锻造工艺特点所决定,等温锻件具有以下优点:
余量小、精度高、复杂程度高,锻后加工余量小或局部加工,甚至不加工。锻件纤维连续、力学性能好、各向异性不明显。由于等温锻毛坯一次变形量大而金属流动均匀,锻件可获得等轴细晶组织,使锻件的屈服强度、低周疲劳性能及抗应力腐蚀能力有显著提高。锻件无残余应力。由于毛坯在高温下以极慢的应变速率进行塑性变形,金属充分软化,内部组织均匀,不存在常规锻造时变形不均匀所产生的内外应力差,消除了残余变形,热处理后尺寸稳定。材料利用率高。由于采用了小余量或无余量锻件精化设计,可提高锻件材料利用率。提高了金属材料的塑性。由于在等温慢速变形条件下,变形金属中的位错来得及回复,并能发生动态再结品,使得难变形金属具有好的塑性。


四、等温锻造的工艺特点

等温锻造与常规锻造相比,具有以下特点:

等温锻造一般在运动速度较低的液压机上进行。根据锻件的外形特点、复杂程度、变形特点和生产率要求以及不同的工艺类型,选择合理的运动速度。一般等温锻造要求液压机活动横梁的工作速度为0.2-2.0mm/s或更低,在这种条件下,坏料能获得的应变速率低干0.01/s,坏料在这种应变速率下,具有超朔性趋势。应变速率的降低,不仅使流动应力降低,而且还改善了模具的受力状况。
可提高设备的使用能力。由于变形金属在极低的应变速率下成形,即使没有超塑性的金属,也可以在蠕变条件下成形,这时坏料所需的变形力是相当低的。因此,在吨位较小的设备上可以锻造出较大的工件。例如用5000kN液压机进行等温锻,可替代常规锻造时的20000kN水压机。
由于等温锻造时,坯料一次变形程度很大,如再配合适当的热处理或形变热处理,锻件就能获得非常细小而均匀的金相组织,不仅避免了锻件缺陷的产生,还可保证锻件的力学性能,减小锻件的各向异性。
等温锻造能使形状复杂、壁薄、筋高和薄腹板类锻件一次模锻成形,不仅改变了模锻设计方法,还实现了组合件整体锻造成形。通过简化零件外形结构及结松合理化设计,等温精锻能达到净形,降低材料消耗,缩短制造周期和总制造费用的目的。


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