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铸造应力的产生
发布时间:2024-09-18 11:43:44来源:应力与变形控制浏览:231次

铸造应力的产生

(1) 热应力

由于铸件各部分的薄厚不一样(如机床床身导轨部分很厚,侧壁、筋板部分较薄),铸后,薄壁部分冷却速度快收缩大,而厚壁部分,冷却速度慢,收缩小。薄壁部分的收缩受到厚壁部分的阻碍,所以薄壁部分受拉力,厚壁部分受压力。因纵向收缩差大,因而产生的拉压应力也大。这时铸件的温度高,薄厚壁都处于塑性状态,其压应力使厚壁部分变粗,拉应力使薄壁部分变薄,拉压应力随塑性变形而消失。

铸件逐渐冷却,当薄壁部分进入弹性状态而厚壁部分仍处于塑性时,压应力使厚壁部分产生塑性变形,继续变粗,而薄壁部分只是弹性拉长,这时拉压应力随厚壁部分变粗而消失。铸件仍继续冷却,当薄厚壁部分进入弹性区时,由于厚壁部分温度高,收缩量大。但薄壁部分阻止厚壁部分收缩,故薄壁受压应力,厚壁受拉应力。应力方向发生了变化。这种作用一直持续到室温,结果在常温下厚壁部分受拉应力,薄壁部分受压应力。

这个应力是由于各部分薄厚不同。冷却速度不同,塑性变形不均匀而产生的,叫热应力。

在导轨或侧壁的同一个截面内,表层与内心部,由于冷却快慢不同,也产生相互平衡的拉压应力,用类似与上述方法分析,可知在室温下表层受压应力,心部受拉应力,并且截面越大,应力越大,此应力也叫热应力。


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(2)相变应力

常用的铸铁含碳量在2.8-3.5%,属于亚共晶铸铁,由结晶过程可知:厚壁部分在1153℃共晶结晶时,析出共晶石墨,产生体积膨胀 ,薄壁部分阻碍其膨胀,厚壁部分受压应力,薄壁部分受拉应力。厚壁部分因温度高,降温速度快,收缩快,所以厚壁逐渐变为受拉应力。而薄壁与其相反。在共析(738℃)前的收缩中,薄厚壁均处于塑性状态,应力虽然不段产生,但又不断被塑性变性所松弛,应力并不大。当降到738℃时,铸铁发生共析转变,由面心立方结构变为体心立方结构(既γ—Fe变为a —Fe),同时有共析石墨析出,使厚壁部分伸入产生压应力。上述的两种应力,是在1153℃ 和738 ℃两次相变而产生的,叫相变应力。相变应力与冷却过程中产生的热应力方向相反,相变应力被热应力抵消。在共析转变以后,不在产生相变应力,因此铸件由于薄厚冷却速度不同所形成的热应力起主要作用。

(3)收缩应力(亦叫机械阻碍应力):

铸件在固态收缩时,因受到铸型、型芯、浇冒口等的阻碍作用而产生的应力叫收缩应力。由于各部分由塑性到弹性状态转变有先有后,型芯等对收缩的阻力将在铸件内造成不均匀的的塑性变形,产生残余应力。收缩应力一般不大,多在打箱后消失。

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