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北京機械加工廠分析影響鑄造應力的因素

北京機械加工廠分析影響鑄造應力的因素


鑄件在凝固和冷卻過程中,所受的應力為熱應力、相變應力和機械阻礙應力的代數和。此應力值大于金屬在該溫度下的強度,鑄件就會產生裂紋。 


機械阻礙應力一般在鑄件落砂后即消失,是臨時應力。殘留應力往往是熱應力和相變應力。殘留應力與下列因素有關: 


1、金屬性質方面     


(1) 金屬的彈性模量越大,鑄件中的殘余應力就越大。例如,鑄鋼、白口鐵和球鐵的殘余應力比灰口鑄鐵的大,原因之一是與金屬的彈性模量有關(表9—1)。 

(2) 鑄件的殘余應力與合金的自由線收縮系數成正比。圖9—2是幾種材料從0—600℃的線膨脹曲線。當其它條件相同時,奧氏體不銹鋼由于α值大,其殘余應力比鐵素體不銹鋼的要大50%。 

(3) 合金的導熱系數直接影響鑄件厚薄兩部分的溫差值。合金鋼比碳鋼具有較低的導熱性能,因此在其它條件相同時,合金鋼具有較大的殘余應力。 


    相變對殘余應力的影響表現在以下兩個方面: 


    a) 相變引起比容的變化, 

    b) 相變熱效應改變鑄件各部分的溫度分布。 


2、鑄型性質方面 


    鑄型蓄熱系數越大,鑄件的冷卻速度越大,鑄件內外的溫差就越大,產生的應力則越大。金屬型比砂型容易在鑄件中引起更大的殘余應力。  


    3、澆注條件 


    提高澆注溫度,相當于提高鑄型的溫度,延緩了鑄件的冷卻速度,使鑄件各部分溫度趨于均勻,因而可以減小殘余應力。 


   4、鑄件結構 


    鑄件壁厚差越大,冷卻時厚薄壁溫差就越大,引起的熱應力則越大。


四、減小應力的途徑 


    減小鑄造應力的主要途徑是針對鑄件的結構特點在制定鑄造工藝時,盡可能地減小鑄件在冷卻過程中各部分的溫差,提高鑄型和型芯的退讓性,減小機械阻礙?刹捎靡韵戮唧w措施: 


    1、合金方面   


    在零件能滿足工作條件的前提下,選擇彈性模量和收縮系數小的合金材料。 


    2、鑄型方面  


    為了使鑄件在冷卻過程中溫度分布均勻,可在鑄件厚實部分放置冷鐵,或采用蓄熱系數大的型砂,也可對鑄件特別厚大部分進行強制冷卻,即在鑄件冷卻過程中,向事先埋沒在鑄型內的冷卻器吹入壓縮空氣或水氣混合物,加快厚大部位的冷卻速度。也可在鑄件冷卻過程中,將鑄件厚壁部位的砂層減薄。 


    預熱鑄型可減小鑄件各部分的溫差。在熔模鑄造中,為了減小鑄造應力和裂紋等缺陷,型殼在澆注前被預熱到600~900℃。 


    為了提高鑄型和型芯的退讓性,應減小砂型的緊實度,或在型砂中加入適量的木屑、焦炭等,采用殼型或樹脂砂型,效果尤為顯著。 


    采用細面砂和涂料,可以減小鑄型表面的摩擦力。


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