[材料科学]液态成型之铸造应力.pdf

10.4 铸造应力 Stress in Castings 铸造应力 金属在凝固和冷却过程中, 由于收缩、热作用和相变等 因素发生体积变化，当受到外界或其本身制约，变形受 阻后所产生的应力 热应力 ：铸件各部分厚薄不同，由于冷 速不同造成同一时刻各部分收缩量不一 致，铸件各部分彼此制约，产生应力 形成原因 相变应力 ：固态相变合金，由于铸件各 铸造应力 部分冷却条件不同，达到相变温度的时 刻不同且相变程度也不同而产生的应力 机械阻碍应力 。铸件收缩受到铸型、 型芯和芯骨等机械阻碍所产生的应力 铸造应力 存在时间 临时应力。形成原因消失，应力随之消失 常见为机械阻碍应力 铸造应力 残余应力。形成原因消失，应力仍然存在 常见为热应力 残余应力对铸件质量有影响，其存在将引起铸件尺寸 和形状的变化，影响精度，产生冷裂。此外，当残余 应力与机件工作应力同方向时，应力叠加会导致超出 合金的强度极限而发生提前断裂。 热应力 热应力形成过程 应力框由粗杆I、细杆Ⅱ和横梁组成 假设： （1）金属充满铸型后即停止流动 （2）杆I,Ⅱ原始长度皆为L0 ，并都 从同一温度TL开始冷却到室温T0 （3）线收缩开始温度TY ，收缩系数不 随温度变化 （4）冷却过程中不发生固态相变， 铸件收缩不受铸型阻碍 （5）横梁为刚体，不产生挠曲变形 应力框铸件 热应力 两杆冷却曲线 杆I较厚，冷却前期冷却速度比杆II小，但因两杆温 度最终相同，所以冷却后期杆I的冷却速度比杆II大 热应力 两杆温差变化曲线 先增加，后降低 热应力 t -t , 细杆Ⅱ开始线收缩，而粗杆Ⅰ仍 0 1 处凝固初期，枝晶骨架尚未形成，没有 强度。此时铸件变形由细杆Ⅱ确定，细 杆Ⅱ带动粗杆Ⅰ一起收缩 t 时两杆具有同一长度，铸件内不产生 1 热应力 细杆Ⅱ自由收缩 热应力 t -t ，两杆均发生线收缩，且随时间推 1 2 移，温差逐渐增大 如果两杆能自由收缩，则杆Ⅱ收缩量比 杆Ⅰ大。由于彼此相连，故杆Ⅱ被拉 长，杆Ⅰ被压缩。这样杆Ⅱ内产生拉应 力，而杆I内产生压应力 t 时刻，两杆温差最大, 应力达到极大值 2 细杆I,Ⅱ协调收缩 热应力 t ～t ，杆Ⅰ冷却速度大于杆Ⅱ，两杆 2 3 温差逐渐减小，杆I线收缩速度大于杆 Ⅱ。因为假定只产生弹性变形，所以 到达t3 时，两杆中应力值均为零 弹性变形 热应力 t