1平砧镦粗时的金属流动特

什么是锻压?锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变形状、尺寸及改善性能，用以制造机械零件、毛坯或原材料的成型加工方法。

锻压的基本生产方式1)轧制使金属坯料在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，改变其性能，获得所要求的截面形状的加工方法。

2)挤压将金属坯料置于挤压筒中加压，使其从挤压模的模孔中挤出，横截面积减小，获得所需制品的加工方法。

3)自由锻用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间，使坯料受冲击力作用而变形，获得所需形状的锻件的加工方法。

4）拉拔坯料在牵引力作用下通过拉拔模的模孔拉出，产生塑性变形，得到截面细小、长度增加的制品的加工方法，拉拔一般是在冷态下进行。

5) 模锻利用模具使金属坯料在模膛内受冲击力或压力作用，产生塑性变形而获得锻件的加工方法。

5516) 板料冲压用冲模使板料经分离或变形得到制件的加工方法。

在上述的六种金属塑性加工方法中，轧制、挤压和拉拔主要用于生产型材、板材、线材、带材等；自由锻、模锻和板料冲压总称锻压，主要用于生产毛坯或零件。

压力加工基本方式示意图锻压加工的特点(1)改善金属组织、提高力学性能锻压的同时可消除铸造缺陷，均匀成分，使组织致密，并细化晶粒。

552可以形成并能控制金属的纤维组织方向，使其沿零件轮廓连续分布，从而提高零件的力学性能。

(2)节约金属材料比如在热轧钻头、齿轮、齿圈及冷轧丝杠时，其形状及尺寸精度和表面粗糙度已接近或达到成品零件的要求，节省了切削加工设备和材料的消耗。

工时，能源等。

(3)较高的生产率比如在生产六角螺钉时采用模锻成形就比切削加工效率约高50倍。

(4) 锻压主要生产承受重载荷零件的毛坯，如机器中的主轴、齿轮等，但不能获得形状复杂的毛坯或零件。

553554555锻造与冲压成形技术锻造和冲压都是通过工模具对金属毛坯施加压力，使其产生塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的坯料或零件的成形方法。

锻造是一种体积成形方法，通常在高温下进行；冲压是一种板成形方法，通常在室温下进行。

第三章自由锻造的基本工序3.1自由锻造的基本特征3.1.1.自由锻造的技术特征按自由锻件的外形及其成形方法，可将自由锻件分为六类：饼块类、空心类、轴杆类、曲轴类、弯曲类和复杂形状类锻件。

自由锻应用设备和工具有很大的通用性，且工具简单，所以只能锻造形状简单的锻件，操作强度大，生产率低；自由锻可以锻出质量从不到1kg到200～３00t的锻件。

对大型锻件，自由锻是唯一的加工方法，因此自由锻在重型机械制造中有特别重要的意义；自由锻依靠操作者控制其形状和尺寸，锻件精度低，表面质量差，金属消耗也较多。

所以，自由锻主要用于品种多，产量不大的单件小批量生产，也可用于模锻前的制坯工序。

自由锻造加工与其他加工方法相比，具有以下特点：(1) 改善金属的组织、提高力学性能。

金属材料经锻造加工后，其组织、性能都得到改善和提高，锻压加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷，并由于金属的塑性变形和再结晶，可使粗大晶粒细化，得到致密的金属组织，从而提高金属的力学性能。

在零件设计时，若正确选用零件的受力方向与纤维组织方向，可以提高零件的抗冲击性能。

(2) 材料的利用率高。

金属塑性成形主要是靠金属的形体组织相对位置重新排列，而不需要切除金属。

(3) 较高的生产率。

锻造加工一般是利用压力机和模具进行成形加工的。

例如，利用多工位冷镦工艺加工内六角螺钉，比用棒料切削加工工效提高约400倍以上。

(4) 锻压所用的金属材料应具有良好的塑性，以便在外力作用下，能产生塑性变形而不破裂。

常用的金属材料中，铸铁属脆性材料，塑性差，不能用于锻造。

钢和非铁金属中的铜、铝及其合金等可以在冷态或热态下压力加工。

(5) 不适合成形形状较复杂的零件。

锻造加工是在固态下成形的，与铸造相比，金属的流动受到限制，一般需要采取加热等工艺措施才能实现。

对制造形状复杂，特别是具有复杂内腔的零件或毛坯较困难。

由于锻压具有上述特点，因此承受冲击或交变应力的重要零件(如机床主轴、齿轮、曲轴、连杆等 ) ，都应采用锻件毛坯加工。

第一、二章 锻造生产用原材料与下料1、钢锭由冒口、锭身和底部组成。

2、大型钢锭的组织结构：答：1）细晶粒层 由于钢液接触模壁冷凝速度快，产生大量晶核，因而表面首先凝固成细小的等轴晶粒层（或称激冷层）；2）柱状晶区 表面细晶粒层形成后，锭模温度上升，继续散热速度减慢，晶粒开始沿着与模壁垂直的方向发展，从而形成柱状晶区。

由于选择结晶的缘故，易熔成分挤向中心，所以柱状晶区的夹杂及其他缺陷较少；3）倾斜树枝晶区 随着柱状晶区的不断发展，锭模温度继续上升，散热速度愈加减慢，加以杂质和气体上浮的运动作用，于是形成晶轴偏离柱状晶体方向的倾斜树枝晶区，并且A 形偏析区也在这一区间形成；4）粗大等轴晶区 倾斜树枝晶区长大到一定阶段后，由于外层收缩脱离锭模产生间隙，散热速度更加减慢，中心区的钢液有可能达到同一过冷度而同时凝固，最终形成粗大等轴晶区。

在这一区间的上部出现V 形偏析，下部出现负偏析，夹杂与疏松等缺陷较多，由此不难看出钢锭中心处组织较差；5）沉积堆 底部的钢液凝固快，形成较厚的细晶粒层。

此外，由于上部钢液中最初形成的晶体因比重大而下沉，并将碰断的树枝状晶分枝一起向下堆积。

在这一过程中，由于周围凝固，并且钢液补缩能力较小，所以沉积堆的组织疏松，氧化物夹杂多，在化学成分上构成负偏析区；6）冒口区 因为选择结晶的关系，钢锭内首先凝固的部分纯度高，最后凝固的冒口区杂质最多，特别是熔点低的硫化物和磷化物。

冒口区的钢液比重小，在凝固过程中得不到补缩，因而最终形成大缩孔，其周围并存在大量疏松。

钢锭底部和冒口占钢锭重量的5--7%和18--25%。

对于合金钢，切除的冒口应占钢锭的25--30%，底部占7--10%。

3、大型钢锭的内部缺陷以及形成原因：答：1）偏析 钢锭内部化学成分和杂质分布不均匀性称为偏析。

偏析是钢液凝固时选择结晶的产物。

偏析可分为树枝状偏析（或显微偏析）和区域偏析（或低倍偏析）两种。

树枝状偏析是指钢锭在晶体范围内化学成分的不均匀性。

液态金属的性质和流动特征？(1)液态金属的性质①粘度液态金属是有粘性的流体。

流体在层流流动状态下，流体中的所有液层按平行方向运动。

在层界面上的质点相对另一层界面上的质点作相对运动时，会产生摩擦阻力。

当相距1cm的两个平行液层间产生1cm/s的相对速度时，在界面1cm2面积上产生的摩擦力，称为粘滞系数或粘度。

粘度的倒数叫流体的流动性。

粘度的物理本质是原子间作相对运动时产生的阻力。

液态金属的粘度在温度不太高时，随温度的升高粘度下降。

难熔化合物的粘度较高，而低熔点的共晶成分合金的粘度低。

液态金属中呈固态的非金属加杂物使液态金属的粘度增加，如钢中的硫化锰、氧化铝、氧化硅等。

在材料加工过程中，为了精炼去除非金属夹杂物和气泡，金属液需要加热到较高的过热度，以降低粘度，加快夹杂物和气泡的上浮速度。

另一方面，在用直接气泡吹入法制被金属多孔材料时，为防止气泡上浮脱离，需向液态金属中加入大量的氧化物等颗粒状增稠剂，提高金属液的粘度，防止气泡逸出，才能成功制取气泡均匀分布的多孔材料。

②表面张力表面和界面张力是液态金属的第二重要性质。

表面张力：在液体表面内产生的平行于液体表面、且各向均等的张力，称之为表面张力。

表面张力是气/液界面现象，它的大小与液相和气相的性质有关。

液态内部的分子或原子处于力的平衡状态，而表面层上的分子或原子受力不均匀，结果产生指向液体内部的合力，这就是表面张力产生的根源。

表面张力是质点（分子、原子等）间作用力不平衡引起的。

原子间结合力大的物质，其熔点、沸点高，则表面张力大。

大多数金属和合金，如Al、Mg、Zn等，其表面张力随温度的升高而降低，这是因为温度的升高使液体质点间的结合力减弱所致。

溶质元素对液态金属的表面张力的影响分为两大类：使表面张力降低的溶质元素叫表面活性元素，“活性”之义为表面浓度大于内部浓度，如钢液和铸铁液中的S 即为表面活性元素，也称正吸附元素。

提高表面张力的元素叫非表面活性元素，其表面的含量少于内部的含量，称负吸附元素。

1.大型钢锭的内部结构：1、细晶粒层2、柱状晶区3、倾斜树枝晶区4、粗大等轴晶区5、沉积锥6、冒口区2.钢锭是由冒口、锭身和底部组成。

两种钢锭规格一种普通锻件4%锥度、高径比1.8~2.3、冒口比例17%.....一种优质锻件 11%~12%的锥度、高径比1.5左右、冒口比例20%~24%3.大型钢锭内部缺陷：①偏析。

【可减少、不可消除】钢锭内部化学成分和杂质分布不均匀性称为偏析。

偏析是钢液凝固时选择结晶的产物，钢锭俞大偏析越严重。

分为树枝状偏析（显微偏析）和区域偏析（低倍偏析）树枝状偏析是指钢锭在晶体范围内化学成分的不均匀性。

A晶内偏析B晶间偏析通过锻造和锻后热处理消除。

区域偏析是指钢锭在宏观范围内的不均匀性A∨型偏析区B过度偏析区C∧型偏析区D负偏析区②夹杂。

钢锭内部不溶解于基体金属的非金属化合物，经过加热、冷却热处理仍不能消失，称为非金属夹杂物，统称夹杂。

通常存在的非金属夹杂有：硅酸盐（多脆）、硫化物（热脆+Mn）、氧化物（+Si）③气体。

在冶炼过程中氮、氢、氧等气体通过炉料和炉气熔入钢液。

钢液凝固时，这些气体虽然析出一部分，但在固态钢锭内仍有残余。

氧和氮在钢锭中以氧化物和氮化物出现，氢则以原子状态存在，也可能形成一部分分子状态氢和氢化物。

④、缩孔（大）和疏松（小）缩孔：冒口区形成，从钢液冷凝成钢锭时发生物理收缩现象，如果没有钢液补充，钢锭内部某些地方形成空洞。

疏松：由于晶间钢液最后凝固收缩造成的晶间空隙和钢液凝固过程析出气体构成的显微孔隙。

4.常用的下料的方法：剪切、冷析、锯割、车断、砂轮切割、刴断及特殊精密下料等。

5.锻前加热目的：提高金属塑性、降低变形抗力、使之易于流动成型并获得良好的锻后组织。

6.锻前加热方法：火焰加热、电加热。

火焰加热：利用燃料在火焰加热炉内燃烧产生含有大量热能的高温气体，通过对流、辐射把热能传给坯料表面，再由表面向中心热传导而使金属坯料加热。

对流传热（600~700℃）：通过火焰在坯料周围不断流动，借助高温气体与坯料表面的热交换，把热能传递给金属坯料。

第三章自由锻造的基本工序3.1自由锻造的基本特征3.1.1.自由锻造的技术特征按自由锻件的外形及其成形方法，可将自由锻件分为六类：饼块类、空心类、轴杆类、曲轴类、弯曲类和复杂形状类锻件。

自由锻应用设备和工具有很大的通用性，且工具简单，所以只能锻造形状简单的锻件，操作强度大，生产率低；自由锻可以锻出质量从不到1kg到200～３00t的锻件。

对大型锻件，自由锻是唯一的加工方法，因此自由锻在重型机械制造中有特别重要的意义；自由锻依靠操作者控制其形状和尺寸，锻件精度低，表面质量差，金属消耗也较多。

所以，自由锻主要用于品种多，产量不大的单件小批量生产，也可用于模锻前的制坯工序。

自由锻造加工与其他加工方法相比，具有以下特点：(1) 改善金属的组织、提高力学性能。

金属材料经锻造加工后，其组织、性能都得到改善和提高，锻压加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷，并由于金属的塑性变形和再结晶，可使粗大晶粒细化，得到致密的金属组织，从而提高金属的力学性能。

在零件设计时，若正确选用零件的受力方向与纤维组织方向，可以提高零件的抗冲击性能。

(2) 材料的利用率高。

金属塑性成形主要是靠金属的形体组织相对位置重新排列，而不需要切除金属。

(3) 较高的生产率。

锻造加工一般是利用压力机和模具进行成形加工的。

例如，利用多工位冷镦工艺加工内六角螺钉，比用棒料切削加工工效提高约400倍以上。

(4) 锻压所用的金属材料应具有良好的塑性，以便在外力作用下，能产生塑性变形而不破裂。

常用的金属材料中，铸铁属脆性材料，塑性差，不能用于锻造。

钢和非铁金属中的铜、铝及其合金等可以在冷态或热态下压力加工。

(5) 不适合成形形状较复杂的零件。

锻造加工是在固态下成形的，与铸造相比，金属的流动受到限制，一般需要采取加热等工艺措施才能实现。

对制造形状复杂，特别是具有复杂内腔的零件或毛坯较困难。

由于锻压具有上述特点，因此承受冲击或交变应力的重要零件(如机床主轴、齿轮、曲轴、连杆等 ) ，都应采用锻件毛坯加工。