铸件的内应力形成

铸件的内应力形成

  1 热应力: 铸件厚度不均,冷速不同,收缩不一致产生.
塑性状态: 金属在高于再结晶温度以上的固态冷却阶段,受力变形,产生加工硬化,同时发生的再结晶降硬化抵消,内应力自行消失.(简朴说,处于屈服状态,受力—变形无应力)
  弹性状态: 低于再结晶温度,外力作用下,金属发生弹性变形,变形后应力继承存在.
  举例: a) 凝固开始,粗 细处都为塑性状态,无内应力
  ∵两杆冷速不同,细杆快,收缩大,∵受粗杆限制,不能自由收缩,相对被拉长,粗杆相对被压缩,结果两杆等量收缩.
  b) 细杆冷速大,提高前辈如弹性阶段,而粗杆仍为塑性阶段,随细杆收缩发生塑性收缩,无应力.
  c) 细杆收缩先休止,粗杆继承收缩,压迫细杆,而细杆又阻止粗杆的收缩,至室温, 粗杆受拉应力(+),(-)
  由此可见,各部门的温差越大,热应力也越大,冷却较慢的部门形成拉应力,冷却较快的部门形成压应力.
  预防方法: 1 壁厚平均 2 同时凝固—薄处设浇口,厚处放冷铁 
  长处: 省冒口,省工,省料
  缺点: 心部易泛起缩孔或缩松,应用于灰铁锡青铜,因灰铁缩孔、缩松倾向小，锡青铜糊状凝固，用顺序凝固也难以有效地消除其显微缩松。 
   2 机械应力
  合金的线收缩受到铸型或型芯机械阻碍而形成的内应力。
  机械应力是暂时的,落砂后,就自行消失.*机械应力与热应力共同作用,可能使某些部位增加了裂纹倾向.
  预防方法: 进步铸型和型芯的退让性. 
   3 相变应力
  冷却过程中,固态相变时,体积会发生变化.如A—P, A—P体积会增大,Fe3C—石墨,体积↑. 若体积变化受阻.则产生内应力---
  铁碳合金三种应力在铸件不同部位情况如下表:

  铸件部位 热应力    相变应力           机械应力
       共析转变    石墨化    落砂前    落砂后
  薄或外层    -       +     +    +     0
  厚或内层    +       -     -     +     0
  前面讲过预防应力方法,若产生应力,还可通过天然时效和人工时效的方法消除应力. 
    二 变形与防止
  铸件通过自由变形来松弛内应力,自发过程.铸件厂发生不同程度的变形.
  举例: 平板铸件
  ∵ 平板中央散热慢,受拉力.平板下部冷却慢.
  ∴ 发生如图所示变形
  防止方法: 1壁厚平均,外形对称,同时凝固. 2 反变形法(长件,易变形件)
  残余应力: 天然时效, 人工时效---低温退火 550—650℃ 
    三 铸件的裂纹与防止
  铸件内应力超过强度极限时,铸件便发生裂纹.
   1 热裂纹: 高温下形成裂纹
  特征: 裂纹短,缝宽,外形曲折.缝内呈氧化色,无金属光泽,裂痕沿晶粒边界通过,多发生在应力集中或凝固处. 灰铁,球铁热裂少,铸钢,铸铝,白口铁大.
  原因: 1 凝固末期,合金呈完整骨架+液体,强,塑↓
        2   含S—热脆   3 退让性不好
  预防: 设计结构公道, 改善退让性,   控制含S量
    2 冷裂纹: 低温下裂纹
  特征: 裂纹细,连续直线状或圆滑曲线,裂口表面干静,具有金属光泽,有时里稍微氧化色 
  原因: 复杂大工件受拉应力部位和应力集中处易发生; 材料塑性差; P—冷脆
  预防: 公道设计,减少内应力,控制P含量, 进步退让性
 §4 铸件中的气体
    常见缺陷, 废品1/3. 气体在铸件中形成孔洞.

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