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谈一谈铸造应力的产生
时间:2019年03月07日 点击:411次

天工机械专注机械设备铸造行业设备生产,对于铸件应力的产生及分类我们整理了一些资料分享给大家:


铸件在凝固之后的冷却过程中,不断产生固态线收缩,有些合金还会发生固态相变,造成膨胀或收缩,这些都使得铸件的体积和外形发生变化。如果这种变化受到阻碍,便会在铸件中产生应力,也就是铸造应力。铸造应力不是由外加载荷产生的,而是由铸造本身原因造成的。一般铸造应力就残留在铸件内部,如不经过消除应力处理,会削弱铸件的结构强度,同时可使铸件在机械加工后尺寸发生改变。铸造应力根据形成原因不同可分为热应力、相变应力、收缩(机械阻碍)应力三种。铸造应力可能是暂时的,也可能是残留的,当产生这种应力的原因被消除,应力消失,这种应力称为临时应力;如原因消除后应力仍然存在,则称为残留应力。因此,减少铸件冷却过程中产生的铸造应力,应设法减少铸件冷却过程中各部分的温差和改善铸型和砂芯的退让性。铸件中的残留应力可以采取措施加以消除。


减少铸件应力的措施


一、为能减少铸造热应力,除了力求铸件壁厚均匀,结构合理外,从工艺上可采取以下措施减少铸件冷却过程中各部分的温差:


1.在铸件厚实部分放置冷铁或蓄热系数较大的型砂如碳素砂、镁砂等,加快这些部分的冷却速度。


2.在铸件厚大部分附近的型砂中埋设钢管,管内通压缩空气或水进行强制冷却;如大型铸件地坑造型时,在厚实部分放置冷铁,并在冷铁下方再放置冷却器进行强制冷却。


3.铸件凝固后,在达到弹性状态以前,去掉铸件厚实部分的型砂或砂芯,使之暴露于空气中快速冷却,甚至吹压缩空气或浇水进一步加速其冷却。


4.将内浇口开在铸件较薄部分,使铸件各部分的冷却速度趋于一致。


5.提高铸型温度,使整个铸件缓慢冷却,以减少铸件各部分的温差。


6.确定合理的落砂规范,使铸件在型中冷却到合适的温度然后再落砂。


一般铸铁件落砂温度在400~500℃之间,较复杂、容易变形的铸件落砂温度在200~300℃。铸钢件落砂温度比铸铁件提高约100 ℃。当铸件在地坑中浇注时,由于散热条件差,在地坑中停留的时间比在砂箱中延长20%~30%。


7.对于要求冷却十分缓慢的铸件,可以在红热状态下开箱,并尽快装人预先加热到500~600℃的保温炉或炯火坑中,使铸件各部分温度趋于一致,然后随炉缓冷到200~250℃出炉。


二、冷却后的铸件若残留有较大的内应力,或对尺寸稳定性要求较高的铸件,可用消除内应力的方法处理。


1.自然时效。将铸件露天放置半年至一年多,可以自然但非常缓慢地变形,使残留应力松弛或大部分消除。虽然不需要任何附加设备,但生产周期长占地面积大,而且消除残留应力不彻底。但这种方法时间久,效率低,不能满足市场需求,已经逐渐被淘汰。


2.加热时效。将铸件加热到合金的弹塑性状态的温度范围,保持一段时间,待应力消失后,再缓慢冷却到常温。这种方法工艺复杂,需要根据工件的结构、材料等进行不用的冷却温度、冷却速度、保温时间等参数的选择,一个参数处理不好就会导致去应力失败,甚至降低强度。


3.振动时效。将工件安置到平台上进行振动时效处理30-40min,可以消除30%以上的应力,能有效降低应力峰值,有效防止变形。这种方法周期短、灵活性好、环保无污染,还会增强工件强度,是值得推广使用的一种方法。


振动时效处理现场

一般情况下,应力消除是在零件粗切削加工以后进行的,这既有利于原有残留应力的消除,又可以避免时效后的铸件经粗加工时产生新的残留应力。时效炉炉温均匀与否,对消除原残留应力和不再形成新的残留应力有很大关系。时效炉的温度差应尽可能小。


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