铸造铸造应力

1、材料科学与工程材料科学与工程金属凝固学金属凝固学第第4节节 铸造应力铸造应力一、概述一、概述 在铸件凝固冷却过程中，因结构、在铸件凝固冷却过程中，因结构、相变使收缩受到阻碍而产生的应力，称相变使收缩受到阻碍而产生的应力，称为铸造应力。为铸造应力。 材料科学与工程材料科学与工程金属凝固学金属凝固学按形成原因分类：按形成原因分类： 热应力热应力 铸件在冷却过程中，由于各部 分冷却速度不一致，造成收缩量不一致， 彼此制约的结果，所形成的应力； 相变应力相变应力 铸件冷却过程中发生固态相变的时 间不一致，体积和长度变化的时间也不一 致，彼此制约，形成的应力； 机械应力机械应力 铸件冷却收缩过程中，线收

2、缩受到 机械阻碍而产生的应力。材料科学与工程材料科学与工程金属凝固学金属凝固学框形铸件中的动态应力分析框形铸件中的动态应力分析二、铸件中的热应力二、铸件中的热应力材料科学与工程材料科学与工程金属凝固学金属凝固学影响残余热应力的因素影响残余热应力的因素合金性质方面（1）弹性模量（2）膨胀系数（3）合金的热导率铸型性质 蓄热系数大，导致温差大，残余压力大浇注温度铸件结构1),2),3)HEttt 浇铸件的冷却速度t 壁厚差材料科学与工程材料科学与工程金属凝固学金属凝固学三、铸件冷却过程中的相变应力三、铸件冷却过程中的相变应力可分为临时应力和残余应力当薄壁部分发生固态相变时，厚壁部分还处于塑性状态，

3、最终产生残余应力当薄壁部分发生固态相变时，厚壁部分处于弹性状态，产生临时应力，最后消失。材料科学与工程材料科学与工程金属凝固学金属凝固学四、机械阻碍应力四、机械阻碍应力 由于收缩受到来自铸件外部机械阻碍而产生，表现为临时应力。机械阻碍的来源大致有以下几个方面： (1)铸型和型芯有较高的强度和较低的退让性。 (2)砂箱内的箱档和型芯内的芯骨。 (3)设置在铸件上的拉杆，防裂筋，分型面上的铸件飞边。 (4)浇冒口系统以及铸件上的一些突出部分。材料科学与工程材料科学与工程金属凝固学金属凝固学 由于铸型和型芯阻碍而产生的机械阻碍应力，都是拉伸应力，故与铸件厚部或铸件内部的残余热应力符号相同，而与铸件薄

4、部或外部残余热应力的符号相反，因此，冷裂容易在铸件厚部和内部产生。 综合上述可见，铸造应力是热应力、相变应力以及机械阻碍应力的总和。在某一瞬间，一切应力的总和大于金属在该温度下的强度极限时，铸件就要产生裂缝。材料科学与工程材料科学与工程金属凝固学金属凝固学五、减少及消除残余应力的方法五、减少及消除残余应力的方法（一）减小措施和途径（一）减小措施和途径（1）合金方面：选择弹性模量和热膨胀系数小的合金材料。 （2）铸型方面：提高铸型、型芯退让性；减小铸型的摩擦力 ；减小铸件冷却过程中的温度差。（3）浇注条件 ：内浇口、冒口位置要使铸件各部温度均匀； （4）铸件结构：减小壁厚差，合理过渡，热节小而分

5、散 。材料科学与工程材料科学与工程金属凝固学金属凝固学（二）消除铸件残余应力的方法（二）消除铸件残余应力的方法1.自然时效铸件放在露天，经数日至半年以上，应力慢慢消失 。2. 人工时效 铸件加热到弹塑性状态，保温一定时间，使应力消失，缓冷至室温。 注意：加热、冷却速度、保温时间的确定 3. 共振时效调整振动频率，使铸件在具有共振频率的激振力作用下获得相当大的振动能量。使铸件中的残余应力逐步松弛消失。同时，晶格畸变恢复，应力消失。 材料科学与工程材料科学与工程金属凝固学金属凝固学第第5节节 铸造变形铸造变形材料科学与工程材料科学与工程金属凝固学金属凝固学材料科学与工程材料科学与工程金属凝固学金属

6、凝固学 防止铸件产生变形的措施：防止铸件产生变形的措施： 提高铸型刚度，加大压铁重量，减小变提高铸型刚度，加大压铁重量，减小变形；形； 控制打箱时间；控制打箱时间； 采取反变形措施；采取反变形措施； 设置防变形箱（拉箱）；设置防变形箱（拉箱）； 改变铸件结构；改变铸件结构；材料科学与工程材料科学与工程金属凝固学金属凝固学 冷裂是铸件中应力超出合金的强度极限而产生的。冷裂往往出现在铸件受拉伸的部位，特别是有应力集中的地方。第六节 冷裂纹 温度：较低温度下产生； 宏观：发亮、金属光泽的脆断特征； 裂口宽度0.0010.01mm. 微观：一般晶间（或沿晶）断裂；冷裂纹的特征：冷裂纹的特征：材料科学与工程材料科学与工程金属凝固学金属凝固学材料科学与工程材料科学与工程金属凝固学金属凝固学 要防止铸件产生变形和冷裂最根本的办法还是从防止铸件产生铸造应力入手，或将铸造应力减少至最小程度。前面所述的防止铸