金属锻前加热目的及方法?

2021-05-14 14:30:37 杨英杰 10

—、加热的目的

金属的锻前加热是锻件生产过程中的重要工序之一。能否把金属坯料转化为高质量的锻件,对压力加工领域来说主要面临两个方面的问题:①金属的塑性;②变形抗力。因而锻造生产中,金属坯料锻前大部分需要加热以改善这两个条件。所以,锻前加热的目的可以概括为:提高金属的塑性,降低变形抗力,使其易于流动成形并获得良好的锻后组织。

通常金属加热时,随温度的升髙,原子的动能增大,离开其平衡位置的可能性也增大,与常温相比,位错容易运动,滑移容易进行,于是变形抗力降低。另外,高温时原子的活动能力增大,扩散速度加快,易于进行恢复与再结晶,因此金属的塑性提高。有同素异构转变的材料加热时,在一定的温度区间有相态转变,正确地利用这一规律,恰当地选择加热温度,就可以使金属坯料在塑性较好的组织状态下成形。

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二、加热方法

根据金属坯料加热时所用的热源不同,目前生产中应用的加热方法有火焰加热法和电加热法两大类。

1.火焰加热

火焰加热是利用燃料(煤、油、煤气等〉燃烧时所产生的热量,通过对流、辐射把热能传给坯料表面。然后由表面向中心热传导,使整个坯料加热。火焰加热方法的优点是:燃料来源方便,加热炉修造容易,加热费用较低,加热的适应性强等。因此,这类加热方法广泛用于各种大,中、小型坯料的加热。其缺点是:劳动条件差,加热速度慢,加热质量差,热效率低等。

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2.电加热

电加热是用电能转换为热能来加热坯料的方法。按其传热方式可分为电阻加热和感应电加热。

(1 )电阻加热  电阻加热的传热原埋与火焰加热相同,根据电阻发热元件的不同,有电阻炉加热,接触电加热、盐浴炉加热等。

I)电阻炉加热  电阻炉加热是利用电流通过炉内的电热体产生的热量,加热炉内的金属坯料。这种方法的加热温度受到电热体的使用温度的限制,热效串也比其它电加热法低。但对坯料加热的适应范围较大,便于实现加热的机械化、自动化,也可用保护气体进行少无氧化加热。

2)接触电加热  接触电加热是以低压大电流直按通入金属坯料,由金属坯枓自身的电阻在通过电流时产生的热量,使金属坯料加热,为了避免短路,常采取低电压的方法,以得到低电压的大电流。所以接触电加热用的变压器副端空载电压只有2~15V

接触电加热具有加热速度快、金属烧损少、加热范围不受限制,热效率高、耗电少、成本低、设备简单、操作方便、适用于长坯料的整体或局部加热等优点。但对坯料的表面粗糙皮和形状尺寸要求严格,特别是坯料的端部,下料时必须规整,不得产生畸变。此外,加热温度的测量和控制也比较困难。

3)盐浴炉加热 盐浴炉加热是电流通过炉内电极产生的热量把导电介质熔融,遒过高温介质的对流与传导将埋入介质中的金属坯料加热。这种方法加热速度快,加热温度均匀,可以实现金属坯料的整体或局部的无氧化加热。但其热效率较低,辅助材料消耗大,劳动条件差。

(2 )感应电加热 感应电加热近年来应用越来越广泛,特別是大量用于精密成形的加热。这是因为它具有加热速度快、加热质量好、温度易于控制,金属烧损少、操作简单、工作稳定、便于实现机械化、自动化。这些都有利于锻件质量的提髙。另外,感应电加热劳动条件好,对环境没有污染。其缺点是,设备投资费用高、每种规格惑应器加热的坯料尺寸范围窄、电能消耗大(大于接触电加热,小于电阻炉加热)。

感应电加热的原理,将金属坯料放入通过交电流的螺旋线圈(感应圈)。线圈产生的感应电动势,在坯料表面形成强大的涡流,使坯料内部的电能直接转变为热能加热坯料。

感应电加热时,电流密度沿坯料横截面的分布情况是:中心电流密度小,表层电流密度大,这种现象称为趋肤效应。

由于趋肤效应,表层金属主要因电流通过而被加热,心部金属靠外层热量向内传导加热。对于大直径的坯料,由于截面尺寸较小,可采用角钢电流频率,以增大电流透入深度。而对小直径坯料,由于截面尺寸较小,可采用较高电流频率,这样就能够体改效率。

由于目前我国电力工业还比较薄弱,锻造生产中还不能大量采用电加热。随着我国电力工业的迅速发展,为了适应特殊材料锻造工艺的需要,满足各种精密成型工艺的要求,今后加热方法的应用必将日益扩大。

加热方法的选择要根据具体的锻造要求和能源情况及投资效益、环境保护等多种因素确定。如对于大型锻件往往以火焰加热为主;而对子中、小型锻件可以选择火焰加热和电加热。但对于精密锻造应选择感应电加热或其它无氧化加热方法,如控制炉内气氛法、介质保护加热法,少无氧化火焰加热等。