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铸造内应力、变形和裂纹分析与预防

时间:2019-03-06   作者:admin 点击: 次
  1。铸造内应力
  铸件固态收缩受到阻碍而引起的内应力,称为铸造内应力。铸造内应力按其产生的原因,可分为热应力和机械应力两种。
  (1)热应力它是由于铸件壁厚不均匀、各部分冷却速度不同,以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的。落砂后热应力仍存在于铸件内,是一种残留铸造内应力。现以框形铸件为例,说明残留热应力的形成过程。如图5—13(b)所示,
  (2)机械应力铸件的固态收缩(即线收缩)受到铸型、型芯、浇注系统、冒口或箱挡等的阻碍而产生的内应力(也称收缩应力)。
       (3)铸造内应力的预防
  ①设计铸件时尽量使其壁厚均匀,形状对称、减小热节;尽量避免牵制收缩结构,使铸件各部分能自由收缩。
  ②设计铸件的浇注系统时,应采取“同时凝固”的原则。
  ③造型工艺上,采取相应措施减小铸造内应力,如改善铸型、型芯的退让性,合理设置浇口、胃口等。
  ④减少铸型与铸件的温度差。例如,在金属型铸造和熔模铸造时对铸型预热,可有效地减少铸件的热应力。
  ⑤去应力退火。
  2.铸件的变形与预防
  如前所述,当铸件的残留应力以热应力为主时,铸件中冷却较慢的部分有残留拉应力,冷却较快的部分有残留压应力。处于这种不稳定状态的铸件,将自发地通过一定的变形来减缓其内应力,以趋于稳定状态。显然,只有原来受拉应力的部分产生压缩变形、受压应力的部分产生拉伸变形,才能使铸件中的残余内应力减少或消除。
  所示为车床床身由热应力导致的挠曲变形示意图.其导轨部分因较厚受拉应力而缩短,床壁部分因较薄受压应力而伸长。于是产生导轨面下凹的变形现象。有的铸件虽无明显变形,但经切削加工后,破坏了铸造应力的平衡,又产生微量变形甚至裂纹。所示圆柱体铸件,由于心部冷却比表层慢,结果心部产生拉应力,表层产生压应力。于是心部总是力图变短,外层总是力图变长。当外表面被加工掉一层后,心部所受拉应力减小,铸件变短。当在心部钻孔后,表层所受压应力减小,铸件变长。若从侧面切去一层,则会产生弯曲变形。
  时效处理分自然时效和人工时效两种:自然时效是将有残留应力的铸件放置露天场地,经数月至半年以上,使其内应力慢慢自然释放。人工时效是将铸件加热到550~650℃进行去应力退火,它比自然时效速度快、内应力去除较彻底,故应用广泛。时效处理宜在粗加工之后进行,这样既有利于原有内应力的消除,又可将粗加工过程中所产生的内应力一并消除。
  3.铸件的裂纹与预防
  当铸造内应力超过金属的强度极限时,铸件将产生裂纹。裂纹是铸件的严重缺陷,多使铸件报废。按裂纹形成的温度范围可分热裂和冷裂两种。
  (1)热裂热裂是铸件在高温下产生的裂纹。其裂纹特征是:裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内有氧化色。
  试验证明,热裂是在合金凝固末期的高温下形成的。因为合金的线收缩并不是在完全凝固后开始的,而是在田5-18所示
  钢铁中的硫、磷含量较多时,形成低熔点的共晶体,扩大了结晶温度范围,降低了钢的高温强度,故含量愈多、热裂倾向愈严重。
  (2)冷裂冷裂是铸件处于弹性状态即在低温时形成的裂纹。其形状特征是:裂纹细小,呈连续直线状,具有金属光泽或呈轻微氧化色。
  为预防铸件冷裂,除应设法减小铸造内应力外,还应控制钢、铁的含磷量。
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