熱擠壓前對坯料進行加熱的目的是：提高金屬的塑性、降低變形抗力、使金屬易於流動，並使零件獲得良好的組織性能。

一、坯料的加熱方法

   1.火焰加熱  它是利用燃料在加熱爐內燃燒產生含有大量熱能的高溫氣體（火焰），通過對流、輻射把熱能傳遞給坯料表麵，通過由表及裡的熱傳導而使金屬坯料加熱到預定的溫度。燃料有：固體燃料（煤及其製成品，如焦炭等），液體燃料（石油及其製成品，如柴油、重油等），以及氣體燃料（天然氣，固體燃料、液體燃料的製成品煤氣、石油氣等）。

     火焰加熱方法的優點是：燃料來源方便，加熱爐造價較低，對坯料的適應性廣等。因此應用廣泛。但是其缺點是：勞動條件較差、加熱速度慢、加熱爐溫度比較難控製，還存在較大的金屬燒損，對環境也有較大的影響。特別是固體燃料和液體燃料，在鋼加熱時，燒損率在3％以上，煤加熱對環境有較大的污染。

   2.電加熱  電加熱是通過把電能轉變為熱能來加熱金屬坯料。常見的方法有：感應電加熱、接觸電加熱和電阻爐加熱等。

（1）感應加熱是交變電流通過感應線圈產生感生交變磁場，進而感生出交變電場。將金屬坯料置於電場中，因其導電而產生感生電動勢，形成閉合回路，在棒料內產生感生電流而達到加熱的目的，其原理見圖8-6。

感應加熱的特點是加熱速度快，氧化燒損少（小於0.5％），熱效率高，爐溫可控易於實現自動化加熱。感應加熱爐的電源有工頻、中頻和高頻三種。電源頻率為50HZ的稱為工頻，50～10000HZ為中頻，10000HZ以上的稱為高頻。相應的加熱爐也分為工頻、中頻和高頻三種感應加熱爐。

    坯料進行感應加熱時，內部產生的電流密度在斷麵分佈是不均勻的，中心電流密度小，表層電流密度大，這種現象稱為趨膚效應。

    因此表層金屬主要是由電流通過而被加熱，心部的金屬主要是靠外層熱量向內傳導加熱。當電流的頻率增加時，可以提高加熱的劇烈程度，但電流的穿透層深度減少，反之穿透層緊度增大。若采用高頻感應加熱大直徑坯料，就會出現表裡溫度不一，這時若延長加熱時間，表層則會過熱、過燒。因此加熱大直徑的棒料要采用較低頻率的感應加熱爐。

  （2）接觸電加熱是以低壓大電流直接通入金屬坯料，因為金屬坯料存在一定電阻，電流通時就會產生熱量，從而達到加熱的目的，圖8-7為接觸電加熱的原理圖。

     由於被加熱的金屬電阻值比較小，為縮短加熱時間，提高生產效率，必須以低壓大電流通入坯料，以避免短路，因此，接觸電加熱變壓器的副端空載電壓隻有2～15伏。

     接觸電加熱的優點是：加熱速度快、金屬燒損小、熱效率高、設備較簡單、加熱成本低。尤其適應於長棒料的整體或局部加熱。其缺點是：對坯料的表麵粗糙度和形狀尺寸精度要求很高，特別是坯料的端部要求平整，否則會出現坯料局部過熱或接觸不良。

    （3）電阻爐加熱是利用電流通入爐內的電熱體所產生的熱量，以輻射與對流傳熱的方式來加熱金屬坯料。其加熱的形式和爐型與火焰加熱類似。圖8-8為電阻爐原理圖。

    電阻加熱爐的加熱溫度受電熱體的限製，電效率要比前兩種電加熱方式低得多，加熱速度也較慢。但它對坯料的適應性非常廣，特別適應加熱有色金屬坯料。也可以采用保護性氣體實現少無氧化加熱。

二、加熱缺陷

金屬材料，特別是鋼在加熱過程中，隨著溫度的不斷升高，會發生物理、化學、力學性能和組織方麵的變化。鋼的一些物理參數與溫度有著密切的關系，如導熱系數、膨脹系數等，都會隨溫度的升高而變化；鋼在加熱過程中會與周圍的介質發生諸如氧化和脫碳的化學反應，生成氧化皮和脫碳層；鋼在加熱過程中除瞭塑性提高，變形抗力下降外，還會產生內應力，當內應力超過鋼的強度極限時，便會產生開裂；大多數的鋼隨著加熱溫度升高會發生組織轉變，晶粒粗大，嚴重時會造成過熱或過燒。

     1. 氧化  鋼在非保護性介質中加熱時，會產生氧化，在鋼的表麵上生成氧化皮。氧化皮大大降低瞭擠壓件的表麵質量，增加瞭模具的磨損。熱擠壓過程中沒能清理的厚氧化皮會嵌在擠壓件表麵而形成凹坑，機械加工時去除不掉而留下黑皮造成擠壓件報廢。氧化還會造成金屬燒損，嚴重的氧化會使金屬燒損過多，使擠壓前坯料體積減小，擠壓時工件報廢。

鋼在非保護性介質中加熱時氧化是不可避免的。但是可以通過快速加熱；控製爐內氣氛，或保護性介質抑製或避免氧化。保護性介質按物質的形態不同分為：氣體保護介質（純惰性氣體）、液體保護介質（玻璃熔體，熔鹽）和固體保護介質（玻璃粉、琺瑯粉、金屬粉等）。

2. 脫碳  鋼在加熱時，表麵的碳與爐氣中的氧結合，使表麵層含碳量過低，叫做脫碳。含碳量越高越容易引起脫碳。如果脫碳層過深，機械加工後不能完全去除，則在零件熱處理後該處的硬度偏低，形成軟點。因此，許多重要的零件都規定，在機械加工後不允許表麵殘留脫碳層。

減輕脫碳的措施與減輕和防止氧化的措施相同。此外，當鋼中含有鎢、鋁、鈦、硼等合金元素時特別容易引起脫碳。

3.過熱  加熱溫度過高或在高溫下停留時間過長而造成的奧氏體晶粒過於粗大的現象，稱為過熱。對於過熱不太嚴重的鋼，通過大變形量的鍛造可以得到改善。如果熱擠壓件冷卻後仍然是粗晶粒的過熱組織，可以采用正火處理來加以糾正。

4.過燒  當鋼加熱到接近熔化溫度，並在此溫度長時間停留，不但使奧氏體晶粒粗大，同時由於氧化性氣體滲入到晶界，使晶間物質鐵、碳和硫等發生氧化，形成易熔共晶體，使晶間聯接破壞，這種加熱缺陷稱為過燒。坯料一旦過燒，鍛造一擊便碎，工件隻能報廢。

5.開裂  坯料內部的溫度差會導致溫度應力。隻有當鋼坯料的斷麵出現溫度梯度，並且處於彈性狀態時，即坯料溫度低於500～550℃時，才會出現溫度應力。當溫度應力超過該溫度下的強度極限時，就會產生裂紋，即加熱開裂。加熱速度越快，坯料的截麵尺寸越大，導熱性能越差，則溫度應力越大，開裂的危險性也就越大。

碳鋼和低合金鋼的導熱性較好，隻有當截麵直徑大於120mm時才會有開裂的危險；高合金鋼的導熱性差，開裂傾向也大，必須緩慢加熱，嚴防開裂。當鋼加熱到900℃以上時塑性明顯提高，溫度應力被塑性變形抵消，此時允許以較快的速度加熱。在坯料處於彈性狀態時，鋼的塑性差，升溫必須緩慢，而且在升溫過程中應分成幾段保溫，使坯料的整個截麵上均勻熱透，減小溫度應力。

三、熱擠壓溫度范圍的確定

鋼的熱擠壓溫度范圍，是指開始擠壓溫度和結束擠壓溫度之間的一段溫度區間。

確定熱擠壓溫度范圍的基本原則是：在熱擠壓溫度范圍內金屬應具有良好的塑性和較低的變形抗力；能擠壓成形具有良好組織性能和力學性能的工件；熱擠壓溫度范圍盡可能寬些，以便在一火加熱後完成數道變形工步，以提高擠壓生產效率。

確定熱擠壓溫度范圍的基本方法是：以坯料的鐵—碳平衡圖為基礎，參照鋼的塑性圖、抗力圖和再結晶圖，綜合考慮塑性、質量和變形抗力三個方麵的因素，以定出熱擠壓的開始擠壓溫度和結束擠壓溫度。

1.開始擠壓溫度的確定   就提高金屬的塑性和降低變形抗力而言，則鋼的熱擠壓開始擠壓溫度越接近固相線越有利。但加熱溫度過高會出現過燒缺陷。因此，碳鋼的開始擠壓溫度應低於鐵-碳平衡圖固相線150～250℃，見圖8-9。在此溫度時，鋼的組織為單相奧氏體，其塑性好，變形抗力低，易於進行較大變形程度的擠壓。

2.結束擠壓溫度的確定   在確定結束擠壓溫度時，既要保證鋼具有足夠的塑性，又要使擠壓件能夠獲得良好的組織性能。為瞭保證完全再結晶，使擠壓件獲得細晶粒組織，鋼的結束擠壓溫度應高於其再結晶溫度。表8-2為各類鋼的熱擠壓溫度范圍。

  表8-2  各類鋼的熱擠壓溫度范圍                （單位：℃）       

四、鋼的加熱規范

加熱規范是指鋼料從裝爐開始到加熱完瞭的整個過程，對加熱爐溫度和鋼料隨時間變化的規定。加熱規范常用溫度-時間的變化曲線來表示。製訂加熱規范的原則是：在保證坯料不會開裂的條件下，加熱速度越快越好，加熱時間越短越好。以提高加熱效率，也可以有效地減輕氧化、脫碳、晶粒粗大等缺陷。

感應加熱和接觸電加熱是坯料通過電流自身發熱的，其溫度應力很小，一般是不會出現坯料開裂的。因此這裡所指的加熱規范主要是指火焰爐的加熱。

加熱規范包括加熱速度、加熱溫度、加熱時間和保溫時間等內容。

對於截麵直徑小於120mm的碳鋼和低合金鋼，不存在開裂危險，可以用爐子所能達到的最大加熱速度進行加熱，直到開始擠壓溫度。一般的加熱時間可用下式計算：

         t＝（0.4～0.6）d

式中t—─加熱時間（min）；

    d—─鋼料直徑，非圓截麵的坯料的最短邊長（mm）。

對於截麵直徑大於120mm的碳鋼和低合金鋼，加熱一般分為兩段進行。室溫至800℃階段必須緩慢加熱，其加熱時間可按t=0.4d計算。在800℃左右保溫一段時間，使之均勻熱透。然後以較快的速度加熱至開始擠壓溫度，其加熱時間可按t=(0.2～0.3)d計算。

高合金鋼的導熱性普遍較差，加熱必須緩慢。各種高合金鋼的導熱性差異較大，要根據具體的鋼種，查閱手冊判定加熱規范。

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