铸造应力变形冷裂.doc

铸件的应力 前一章内容总结 前一章主要讲解“铸件宏观凝固组织及控制”，通过一系列的工艺措施，可以尽可能多地得到细小的等轴晶粒组织，这样可以保证得到强度和韧性都非常良好的铸件。 得到了理想的细晶组织，是否铸件的成型就完成了？完美 金相 就拿这个暖气片来说，天气太冷，老板通过市场调查，让你开发暖气片，还答应你，干好了先让你用。你高兴，美梦。 你在生产过程中，采取了各种措施，得到了一个具有理想组织的铸件，但是当你将铸件往一块装配的时候，这两个口应该对起来，但是如果铸件产生变形，一个距离长，一个距离短，两个照不起来， 铸件报废。 另外一个问题，你看着铸件的外表没有什么问题，你把这个铸件装配起来，结果一通压力，漏水了。 美梦变恶梦 什么原因造成的？这些都是在后面要讲的。 首先：介绍铸件中的应力 2.1 概述 2.1.1 金属（合金）→ 冷却降温 → 凝固 （收缩膨胀）→ 继续降温 → 固态相变（体积收缩或膨胀）→体积变化 → 体积变化受阻 → 铸件内产生应力 → 内应力 2.1.2铸造应力的分类： 应力 铸造应力：铸件在铸造过程中在内部所产生的应力。 临时应力：铸造过程中，产生应力的原因消除后应力消失： 残余应力:：铸造过程中，产生应力的原因消除后应力依然存在，这种应力称为：（铸造）残余应力。 以上两种应力是从时间上分类的。 按应力产生的原因有以下三种： 热应力、相变应力、机械阻碍应力、 关于这几种应力，我们在后面将逐一给以详细的介绍。 2.1.3应力对铸件的影响 低于弹性极限：铸件中产生应力，同时在应力的作用下，产生有限的变形（弹性变形） 高于屈服极限：铸件产生塑性变形； 高于强度极限：铸件中出现裂纹。 因此，在这一章中，将应力、变形、裂纹放在一起讲解。在应力的作用下，铸件如何变形和出现裂纹，也将在后面相应的章节中介绍。 2.2热应力： 2.2.1概念 热应力：铸件冷却过程中，由于各部分冷却速度不同，收缩时间及收缩量不同，铸件由于结构所限，相互制约，不能完成各自的理论变形，结果：在铸件内所产生的应力。（残余应力） 现在，我们给出了一个概念，那么，在铸件内是否存在热应力呢？一般可以通过什么来判断呢？ 变形，裂纹，测量（铸造测试课）。 能不能分析，计算出铸造过程中铸件中的热应力呢？ 想办法：找一个铸件，来计算一下。 什么铸件：高压阀门，你无法计算，太复杂，无从下手，没有着手点。 怎么办？当然是要从最简单的地方着手。 那么，什么铸件最简单？当然是球状，可以，但是不直观。 下一个呢，当然是棒状。 因此我们就从杆件来分析铸件内热应力的产生过程以及大小，影响因素。 与那些因素有关？温度，收缩，膨胀，长度，应力，首先查资料，列出各个因素之间关系的公式，然后进行下面的工作。 2.2.2举例 为了说明铸件内热应力的产生过程，现举一个简单的例子。 现以厚度不均匀的T字梁为例（图2-1）来讨论残余热应力的产生过程。 该件是结构最为简单的铸件。T字梁铸件由杆I和杆II两部分组成，杆I较厚，杆II较薄。 A 假设：为了讨论简化起见，现作如下假设： 1）．杆I和杆II从同一温度tH开始冷却，最后冷却到同一温度 T0。 2）. 合金有一个临界温度Tk，在此温度以上，合金处于塑性状态，以下处于弹性状态； 3）合金在冷却过程中没有固态相变，铸件收缩不受铸型的阻碍； 4）杆I 和杆II冷却速度相互没有影响，即各自相互冷却。 5）材料的膨胀（收缩）系数a和弹性模量E不随温度而变，其值为一常数。 6）在整个过程中，杆件不产生弯曲变形。 B 图的解释： 图12-4）是杆I和杆II的冷却曲线（t一T曲线）。 两个图纵横坐标，时间, 温度，应变。开始冷却时两杆温度相同，为Th。冷到最后时，两杆温度也相同，为T0。由于杆I较厚而杆II较薄，所以冷却前期杆II的冷却速度比杆I快。但两杆温度最后相同，所以冷却后期必然是杆I的冷却速度比杆II快。 假如收缩（膨胀）系数，不随温度而变，其值为一常数，则铸件在各个温度时的自由收缩量与温度成正比，亦即一t 曲线在外形上与T一t 二曲线完全一致，因而可得图12-4b）线收缩曲线。虚线C0C1C2C3为两杆联在一起时的线收缩曲线。 C）分析：热应力产生过程，可根据图11-1分为三个阶段说明之： 第一阶段：时间从t0到t1，杆I温度从T到T ，杆II温度从T到Tk（T），T（T，T）＞Tk，杆I及杆II均处于塑性状态。如两杆均能自由收缩，则杆I的长度为l＋d a：，杆II的长度应为l＋d b。但事实上两杆联在一起，收缩彼此受到限制，故两杆应具有长度l＋dc。此时若不产生弯曲变形，杆I被塑性地压缩，杆II塑性拉伸。 在时间t一t内，T＞Tk，，T＜Tk。此阶段内，杆II的温度已下降到Tk以下，处于弹性状态，而杆I