材料凝固理论2.ppt

热应力形成机理图解 ? ? “厚拉薄压”原则 I Tk T Ti 0 II III TI TII 塑性状态 弹性状态 ? ?1 ?2 ?3 I II ? ?0 l l3=1 0 I II III I II 实际长度 §2-8 凝固成形的应用 b）相变应力的形成： 相变应力可以是临时应力，也可以是残余应力。有残余相变应力时，应力方向与热应力方向相反。（为什么？） 合金相变温度低于临界温度Tk时，才有可能产生相变应力。 ? ? ? ? 热应力 相变应力 §2-8 凝固成形的应用 c）机械阻碍应力的形成： 机械阻碍应力属于临时应力。 机械阻碍应力与热应力方向是相同的，易于使铸件发生冷裂缺陷。 收缩方向 收缩方向 §2-8 凝固成形的应用 三类应力作用方向表 铸件部位 热应力 相变应力 机械阻碍应力 薄处（外部） - + + 厚处（内部） + - + 各种铸造应力作用方向 §2-8 凝固成形的应用 4.减少和消除残留应力的方法 减小铸件冷却过程中各部分的温差 在铸件厚壁部分放置冷铁或蓄热系数大的型砂 在铸件厚壁部分附近型砂中埋设钢管，管内通压缩空气或冷却水，强制冷却 内浇口开设在铸件较薄部分，促使同时凝固 铸件凝固后，在弹塑性转变温度以上扒去铸件厚实部分的型砂，加快冷却 提高浇注温度 改善铸型和型芯的退让性 §2-8 凝固成形的应用 自然时效： 将铸件露天长时间放置，促使应力松弛的方法。优点是成本低，缺点是生产周期长，占地面积大，消除应力不彻底。 人工时效： 将铸件加热到合金弹性状态的温度范围，保温一定时间后，缓慢冷却，使残余应力消除的方法。 c）消除铸造应力的方法 §2-8 凝固成形的应用 弹塑性转变温度 弹性转变温度 升温 保温 冷却 冷却 50~150℃/h 550~600℃ 3~6h 18~30℃/h 350℃ 60℃/h 出炉 150~200℃ 装炉 100~200℃ 0 时间 温度 灰铸铁人工时效工艺规范 时间 0 温度 §2-8 凝固成形的应用 共振法 常温下将铸件在共振频率下振动10?60 min，去除残余应力的方法。 特点：时间短，费用低，耗能小，结构轻便，易于操作，节省人力和资源，便于机械化和自动化。 §2-8 凝固成形的应用 三、铸造生产过程中的凝固收缩控制 1.收缩的基本概念： 铸件在冷却过程中体积缩小的现象叫收缩。铸件收缩可引起缩孔、缩松、热裂、应力、变形和冷裂。 收缩可分为体收缩和线收缩。 体收缩：金属由液态到常温的体积改变量。用体收缩率来表示。 线收缩：金属固态线尺寸改变量。用线收缩率来表示。 §2-8 凝固成形的应用 收缩还可分成：液态收缩、凝固收缩、固态收缩 铸造合金的收缩过程示意 n m m n §2-8 凝固成形的应用 对逐层凝固的合金：液态收缩+凝固收缩-固态收缩是产生缩孔的基本原因。 对糊状凝固的合金：凝固收缩是形成缩松的主要原因。 §2-8 凝固成形的应用 2.铸件的收缩： 自由收缩：仅受到金属表面与铸型表面摩擦力阻碍的收缩。 受阻收缩：受到热阻力和机械阻力的收缩。 §2-8 凝固成形的应用 3.铸件的缩孔 铸件在凝固过程中，因合金的液态和凝固收缩，在铸件最后凝固处形成的容积大而集中的孔洞。 危害：降低强度（减少有效受力面积，产生应力集中），导致承压铸件渗漏。 §2-8 凝固成形的应用 缩孔的形成： §2-8 凝固成形的应用 影响缩孔体积的因素： 合金的液态收缩大 ? 缩孔体积大 合金的固态收缩大? 缩孔体积大 浇注速度慢 ? 缩孔体积小 铸型激冷能力大? 缩孔体积小 铸件厚? 缩孔体积大 浇注温度高 ? 缩孔体积大 热导率、凝固温度范围大? 缩孔体积小 铸型刚度大? 缩孔体积小 §2-8 凝固成形的应用 缩孔位置的确定： a）凝固等温线法 §2-8 凝固成形的应用 冷铁 冷铁 §2-8 凝固成形的应用 b） 内切圆法 §2-8 凝固成形的应用 c）计算机凝固过程预测法 §2-8 凝固成形的应用 4.铸件的缩松 缩松是铸件最后凝固的区域没能得到液态合金的补缩造成的分散、细小的缩孔。 根据的分布形态，缩松分为宏观缩松和微观缩松两类 宏观缩松：指用肉眼或放大镜可以看到的细小孔洞。宏观缩松通常出现在缩孔的下方。 微缩缩松：是指分布在枝晶间的微小孔洞，在显微镜下才能看到。这种缩松的分布面更大，甚至遍及铸件整个截面，也很难完全避免。对于一般铸件也不作为缺陷对待，除非一些对致密性和力学性能要求很高的铸件。 §2-8 凝固成形的应用 倾向于逐层凝固的合金，如纯金属、共晶成分的合金或结晶温度范围窄的合金，形成缩孔的倾向大，不易形成缩松；而另一些倾向于糊状凝固的合