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鑄造內應力、變形和裂紋分析與預防

文章出處:精密鑄造廠 人氣:發表時間:2019-03-06 11:20

  1.鑄造內應力
  鑄件固態收縮受到阻礙而引起的內應力,稱為鑄造內應力。鑄造內應力按其產生的原因,可分為熱應力和機械應力兩種。
  (1)熱應力它是由于鑄件壁厚不均勻、各部分冷卻速度不同,以致在同一時期內鑄件各部分收縮不一致而引起的。落砂后熱應力仍存在于鑄件內,是一種殘留鑄造內應力。現以框形鑄件為例,說明殘留熱應力的形成過程。如圖5—13(b)所示,
  (2)機械應力鑄件的固態收縮(即線收縮)受到鑄型、型芯、澆注系統、冒口或箱擋等的阻礙而產生的內應力(也稱收縮應力)。
       (3)鑄造內應力的預防
  ①設計鑄件時盡量使其壁厚均勻,形狀對稱、減小熱節;盡量避免牽制收縮結構,使鑄件各部分能自由收縮。
  ②設計鑄件的澆注系統時,應采取“同時凝固”的原則。
  ③造型工藝上,采取相應措施減小鑄造內應力,如改善鑄型、型芯的退讓性,合理設置澆口、胃口等。
  ④減少鑄型與鑄件的溫度差。例如,在金屬型鑄造和熔模鑄造時對鑄型預熱,可有效地減少鑄件的熱應力。
  ⑤去應力退火。
  2.鑄件的變形與預防
  如前所述,當鑄件的殘留應力以熱應力為主時,鑄件中冷卻較慢的部分有殘留拉應力,冷卻較快的部分有殘留壓應力。處于這種不穩定狀態的鑄件,將自發地通過一定的變形來減緩其內應力,以趨于穩定狀態。顯然,只有原來受拉應力的部分產生壓縮變形、受壓應力的部分產生拉伸變形,才能使鑄件中的殘余內應力減少或消除。
  所示為車床床身由熱應力導致的撓曲變形示意圖.其導軌部分因較厚受拉應力而縮短,床壁部分因較薄受壓應力而伸長。于是產生導軌面下凹的變形現象。有的鑄件雖無明顯變形,但經切削加工后,破壞了鑄造應力的平衡,又產生微量變形甚至裂紋。所示圓柱體鑄件,由于心部冷卻比表層慢,結果心部產生拉應力,表層產生壓應力。于是心部總是力圖變短,外層總是力圖變長。當外表面被加工掉一層后,心部所受拉應力減小,鑄件變短。當在心部鉆孔后,表層所受壓應力減小,鑄件變長。若從側面切去一層,則會產生彎曲變形。
  時效處理分自然時效和人工時效兩種:自然時效是將有殘留應力的鑄件放置露天場地,經數月至半年以上,使其內應力慢慢自然釋放。人工時效是將鑄件加熱到550~650℃進行去應力退火,它比自然時效速度快、內應力去除較徹底,故應用廣泛。時效處理宜在粗加工之后進行,這樣既有利于原有內應力的消除,又可將粗加工過程中所產生的內應力一并消除。
  3.鑄件的裂紋與預防
  當鑄造內應力超過金屬的強度極限時,鑄件將產生裂紋。裂紋是鑄件的嚴重缺陷,多使鑄件報廢。按裂紋形成的溫度范圍可分熱裂和冷裂兩種。
  (1)熱裂熱裂是鑄件在高溫下產生的裂紋。其裂紋特征是:裂紋短、縫隙寬、形狀曲折、縫內有氧化色。
  試驗證明,熱裂是在合金凝固末期的高溫下形成的。因為合金的線收縮并不是在完全凝固后開始的,而是在田5-18所示
  鋼鐵中的硫、磷含量較多時,形成低熔點的共晶體,擴大了結晶溫度范圍,降低了鋼的高溫強度,故含量愈多、熱裂傾向愈嚴重。
  (2)冷裂冷裂是鑄件處于彈性狀態即在低溫時形成的裂紋。其形狀特征是:裂紋細小,呈連續直線狀,具有金屬光澤或呈輕微氧化色。
  為預防鑄件冷裂,除應設法減小鑄造內應力外,還應控制鋼、鐵的含磷量。

此文關鍵字:鑄造內應力、變形和裂紋分析與預防

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