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鑄件內(nèi)應(yīng)力及裂紋的產(chǎn)生及預(yù)防措施
信息來源:www.montage-global.com    發(fā)布時間:2022.03.10

鑄件內(nèi)應(yīng)力及裂紋的產(chǎn)生及預(yù)防措施:


 1.鑄造應(yīng)力

鑄造應(yīng)力按產(chǎn)生的原因不同,主要可分為熱應(yīng)力、收縮應(yīng)力兩種。

(1)熱應(yīng)力
       鑄件在凝固和冷卻過程中,不同部位由于不均衡的收縮而引起的應(yīng)力,稱熱應(yīng)力。熱應(yīng)力使冷卻較慢的厚壁處受拉伸,冷卻較快的薄壁處或表面受壓縮,鑄件的壁厚差別愈大合金的線收縮率或彈性模量愈大,熱應(yīng)力愈大。定向凝固時,由于鑄件各部分冷卻速度不一致,產(chǎn)生的熱應(yīng)力較大,鑄件易出現(xiàn)變形和裂紋。
(2)收縮應(yīng)力

       鑄件在固態(tài)收縮時,因受鑄型、型芯、澆冒口等外力的阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力稱收縮應(yīng)力。、一般鑄件冷卻到彈性狀態(tài)后,收縮受阻都會產(chǎn)生收縮應(yīng)力。收縮應(yīng)力常表現(xiàn)為拉應(yīng)力。形成原因一經(jīng)(如鑄鐵平臺落砂或去除澆口后)收縮應(yīng)力也隨之消之,因此收縮應(yīng)力是一種臨時應(yīng)力。但在落砂前,如果鑄件的收縮應(yīng)力和熱應(yīng)力共同作用其瞬間應(yīng)力大于鑄件的抗拉強度時,鑄件會產(chǎn)生裂紋。


2.減小和鑄造應(yīng)力的措施
(1)合理地設(shè)計鑄件的結(jié)構(gòu)
       鑄件的形狀愈復(fù)雜,各部分壁厚相差愈大,冷卻時溫度愈不均勻,鑄造應(yīng)力愈大。因此,在設(shè)計鑄件時應(yīng)盡量使鑄件形狀簡單、對稱、壁厚均勻。
(2)采用同時凝固的工藝
       所謂同時凝固是指采取一些工藝措施,使鑄件各部分溫差很小,幾乎同時進行凝固。因各部分溫差小,不易產(chǎn)生熱應(yīng)力和熱裂,鑄件變形小。設(shè)法鑄型、型芯的退讓性,合理設(shè)置澆冒口等。同時凝固的示意圖,該工藝是在工件厚壁處加冷鐵,冒口設(shè)薄壁處。 
(3)時效處理是鑄造應(yīng)力的措施。
       時效分自然時效、熱時效和共振時效等。所謂自然時效,是將鑄件置于露天場地半年以上,讓其內(nèi)應(yīng)力。熱時效(人工時效)又稱去應(yīng)力退火,是將鑄件加熱到550-650℃,保溫2-4h,隨爐冷卻至150-200T,然后出爐。共振法是將鑄件在其共振頻率下震動10-60ndn,以鑄件中的殘留應(yīng)力。
3.鑄件的變形與防止

      如前所述,在熱應(yīng)力的作用下,鑄件薄的部分受壓應(yīng)力,厚的部分受拉應(yīng)力,但鑄件總是力圖通過變形來減緩其內(nèi)應(yīng)力。因此,鑄件常發(fā)生不同程度的變形。鑄件的變形往往使鑄件精度降低,嚴重時可以使鑄件報廢,應(yīng)予防止。因鑄件變形是由鑄造應(yīng)力引起,減小和防止鑄造應(yīng)力的辦法,是防止鑄件變形的措施。


3.鑄件的裂紋與防止
      當鑄造內(nèi)應(yīng)力超過金屬的強度時,鑄件便產(chǎn)生裂紋。裂紋是嚴重的鑄造缺陷,設(shè)法防止。裂紋按形成的溫度范圍分為熱裂和冷裂兩種。
(1)熱裂
① 熱裂的產(chǎn)生
       一般是在凝固末期,金屬處于固相線附近的高溫時形成的。其形狀特征是裂縫短,縫隙寬,形狀曲折,縫內(nèi)呈氧化顏色。鑄件結(jié)構(gòu)不合理,合金收縮大,型(芯)砂退讓性差以及鑄造工藝不合理等均可引發(fā)熱裂。鋼和鐵中的硫、磷降低了鋼和鐵的韌性,使熱裂傾向增大。
② 熱裂的防止
       合理地調(diào)整合金成分(嚴格控制鋼和鐵中的硫、磷含量),合理地設(shè)計鑄件結(jié)構(gòu),采用同時凝固的原則和型(芯)砂的退讓性,都是防止熱裂的措施。
(2)冷裂
① 冷裂的產(chǎn)生
       冷裂是鑄件冷卻到低溫處于彈性狀態(tài)時所產(chǎn)生的熱應(yīng)力和收縮應(yīng)力的總和,如果大于該溫度下合金的強度,則產(chǎn)生冷裂。冷裂是在較低溫度下形成的,其裂縫細小,呈連續(xù)直線狀,縫內(nèi)干凈,有時呈輕微氧化色。壁厚差別大、形狀復(fù)雜的鑄件,尤其是大而薄的鑄鐵平板易于發(fā)生冷裂。
② 冷裂的防止
       凡是減小鑄造內(nèi)應(yīng)力或降低合金脆性的措施,都能防止冷裂的形成。例如:鋼和鑄鐵中的磷能顯著降低合金的沖擊韌性,增加脆性,容易產(chǎn)生冷裂傾向,因此在金屬熔煉中嚴格加以限制。