锻件的冷却与热处理
出处：按学科分类—工业技术 北京工业大学出版社《热加工手册》第635页（5028字）
8．3．3．1 锻件的冷却
锻件的冷却是锻造生产中的一个重要环节．通常在锻造车间里用的冷却方法根据冷却速度的快慢顺序有：空冷、堆冷、坑(箱)冷、灰砂冷、炉冷和等温退火等．
(1)空冷：锻件放在车间的地面上冷却．注意不要把锻件放在潮湿的地上或金属板上，也不要放在有强烈气流的地方．
(2)堆冷：锻件成堆放在空气中冷却．
(3)坑(箱)冷：锻件在地坑或铁箱中冷却．
(4)灰砂冷：锻件放在干燥的炉渣、灰或砂中冷却，灰砂厚度不能少于80mm．
(5)炉冷：锻件随炉缓慢冷却，一般出炉温度不应高于100～150℃．
(6)等温退火：对于易产生白点的锻件，最有效的办法是停锻后直接进行扩氢等温退火．
表8-38列出了不同钢号锻件的冷却方法，适用于钢锭直接锻造，若锻造时使用的是轧制钢，其冷却速度可按表顺次向左移一档，其中表8-38中的最大散热尺寸经表8-39换算而得．
表8-38 钢锻件的冷却方法
表8-39 不同形状锻件的最大散热尺寸
图8-46 钢锻件的热处理加热温度范围示意图
8．3．3．2 锻件的热处理
1．锻件热处理种类及应用范围
锻件在机加工前的热处理称锻件的热处理．通过锻件的热处理可以调整硬度，消除锻后的内应力，细化晶粒，有利于切削加工，为最终热处理作准备．
锻件热处理最常见的工艺有：退火处理、正火处理、正火加高温回火处理、高温回火处理、调质处理、固溶处理、时效处理等．
锻件的热处理种类及应用范围见表8-40．表中所列钢锻件的加热温度范围示意见图8-46．
2．常用钢锻件热处理
①优质碳素结构钢
在优质碳素结构钢中，一般锻件(除大锻件外)不采用退火工艺，往往用正火代替．08～25钢锻件采用正火处理提高硬度，便于机加工或作为渗碳件的前处理，以改善组织．30～60钢锻件采用正火和调质处理．
②合金结构钢
碳的质量分数低于0．25%的低碳合金钢，一般用来制作渗碳零件或部分结构零件，需经正火处理．若正火处理后硬度偏高不宜机加工时，可采用正火加高温回火处理，碳的质量分数在0．25%～0．6%时，一般采用调质或正火、正火加高温回火处理．
表8-40 锻件热处理方法及用途
结构钢锻件的热处理制度见表8-41．
表8-41 结构钢锻件的热处理制度
③不锈钢
根据室温时的金相组织不同，不锈钢可分为三类：铁素体型、马氏体型和奥氏体型．
铁素体型不锈钢锻件碳的质量分数在0．1%以下，铬的质量分数为15%～28%，它在一定的范围内加热与冷却均不发生相变，不能通过热处理方法来软化或强化．对它进行退火是为了消除加工应力，消除脆性，获得单一铁素体组织．退火温度不宜过高，退火后应快冷．
奥氏体型不锈钢同样不能用热处理方法进行强化，一般采用退火与淬火(即固溶处理)．退火的目的是消除焊接应力或消除冷作硬化，淬火是为了消除冷作硬化并获得单一奥氏体组织．
马氏体型不锈钢热处理多采用退火而不是正火，目的是为了降低硬度，消除冷作硬化，便于切削加工．
④耐热钢锻件
耐热钢可分为珠光体型、马氏体型和奥氏体型三类．
珠光体型耐热钢锻件多采用正火处理，以消除应力，防止裂纹，降低硬度，改善切削性能．若正火后硬度仍很高，则可采用正火加高温回火处理．
马氏体型耐热钢锻件采用退火处理．
奥氏体型耐热钢采用固溶处理，方法与奥氏体不锈钢相同，要严格控制固溶温度与时间．
不锈钢和耐热钢的热处理制度见表8-42．
表8-42 不锈钢及耐热钢的热处理制度
①符合：M—马氏体型；A—奥氏体型．
3．铝合金锻件的热处理
铝合金锻件的热处理主要有退火、固溶、自然时效、人工时效四种工艺．
①退火
根据合金的特性和使用要求，铅合金的退火可分为不完全退火和完全退火两类．通过退火可消除锻件内部应力，提高塑性．
②固溶
通过固溶处理可强化铝合金锻件．
铝合金固溶时的冷却介质一般是温度为10～30℃的水．对于复杂锻件、大中型锻件和具有粗晶粒的锻件，为减少变形和内应力，水温可大于50℃，也可采用比水冷却速度稍缓的聚醚水溶液．为了保证固溶有良好的效果，铝合金锻件经加热后到淬入冷却介质的转移时间一般不超过15s．
铝合金在新固溶状态下具有较高的塑性，可进行冷变形．固溶后在室温下保持塑性的时间以及固溶后至人工时效的时间间隔见表8-43．当LY2、LD2、LD10、LC4合金锻件的固溶至人工时效时间间隔超过表8-43的规定时，时效后的强度要降低15～20MPa．
表8-43 铝合金保持塑性和时效的间隔时间
③时效
铝合金固溶后的过饱和固溶体有自发分解的趋势．有的合金在室温下保持一定时间后就析出强化相，使合金的强度和硬度大幅度提高，这种现象叫自然时效．有的合金在一定温度下经历一段时间后才能使强度、硬度大幅度提高，这种现象叫人工时效．
各种铝合金锻件的热处理制度见表8-44．
表8-44 铝合金锻件的热处理制度
4．镁合金和铜合金锻件的热处理
①镁合金锻件的热处理
镁合金热处理与铝合金的基本相同，但强化效果不如铝合金好．镁合金在高温下容易氧化甚至燃烧，固溶加热时要在保护性气氛下进行．加热设备要有较好的密封性，通常采用空气循环电炉，其热处理规范见表8-45．
表8-45 镁合金锻件的热处理制度
①MB1和MB2合金锻件不进行热处理，需要时，可进行软化退火．
②铜合金锻件的热处理
黄铜、锡青铜、铬青铜、锰青铜、铝的质量分数小于9%的铝青铝一般均采用软化退火处理，以消除锻件中的残余应力．退火后一般空冷．铍青铜锻件采用固溶时效处理，固溶处理最好在氩气、氨气分解气氛中进行．铝的质量分数大于10%的铝青铜采有固溶强化加回火处理．
铜合金锻件的热处理规范见表8-46．
表8-46 铜合金锻件的热处理制度
5．锻件热处理的加热和保温时间
锻件热处理正火、调质大都采用温装炉(热装炉)，退火采用低温装炉(冷装炉)，加热方式可用电、煤气、油类加热等．当锻件加热到指定温度后，为热透需保温一段时间．对电炉，锻件单层放置时的保温时间可用下式计算：
t=DK
式中 t——锻件加热到指定温度后的保温时间，min；
D——锻件的有效厚度或直径，见图8-47．
K——保温系数，查表8-47，当锻件尺寸较大时，K值选下限，反之取上限；当锻件受热面积与体积的比值大时K取下限，反之取上限．
图8-47 不同形状锻件有效厚度或直径的确定
(a)h>d时D=d，h≤d时D=h； (b)h≤B时D=h；(c)h>d时D=d，h≤d时D=h； (d)h>d时D=h，h≤d时D=d；(e)D=h；(f)
锻件装炉时，若双层或多层放置，则根据上述计算时间再增加20～30min；若采用油类或煤气炉加热时，则可作适当延长
表8-47 保温系数K
