北京机械加工厂分析影响铸造应力的因素

北京机械加工厂分析影响铸造应力的因素

铸件在凝固和冷却过程中，所受的应力为热应力、相变应力和机械阻碍应力的代数和。此应力值大于金属在该温度下的强度，铸件就会产生裂纹。 

机械阻碍应力一般在铸件落砂后即消失，是临时应力。残留应力往往是热应力和相变应力。残留应力与下列因素有关： 

1、金属性质方面     

(1) 金属的弹性模量越大，铸件中的残余应力就越大。例如，铸钢、白口铁和球铁的残余应力比灰口铸铁的大，原因之一是与金属的弹性模量有关(表9—1)。 

(2) 铸件的残余应力与合金的自由线收缩系数成正比。图9—2是几种材料从0—600℃的线膨胀曲线。当其它条件相同时，奥氏体不锈钢由于α值大，其残余应力比铁素体不锈钢的要大50％。 

(3) 合金的导热系数直接影响铸件厚薄两部分的温差值。合金钢比碳钢具有较低的导热性能，因此在其它条件相同时，合金钢具有较大的残余应力。 

    相变对残余应力的影响表现在以下两个方面： 

    a) 相变引起比容的变化， 

    b) 相变热效应改变铸件各部分的温度分布。 

2、铸型性质方面 

    铸型蓄热系数越大，铸件的冷却速度越大，铸件内外的温差就越大，产生的应力则越大。金属型比砂型容易在铸件中引起更大的残余应力。  

    3、浇注条件 

    提高浇注温度，相当于提高铸型的温度，延缓了铸件的冷却速度，使铸件各部分温度趋于均匀，因而可以减小残余应力。 

   4、铸件结构 

    铸件壁厚差越大，冷却时厚薄壁温差就越大，引起的热应力则越大。

四、减小应力的途径 

    减小铸造应力的主要途径是针对铸件的结构特点在制定铸造工艺时，尽可能地减小铸件在冷却过程中各部分的温差，提高铸型和型芯的退让性，减小机械阻碍。可采用以下具体措施： 

    1、合金方面   

    在零件能满足工作条件的前提下，选择弹性模量和收缩系数小的合金材料。 

    2、铸型方面  

    为了使铸件在冷却过程中温度分布均匀，可在铸件厚实部分放置冷铁，或采用蓄热系数大的型砂，也可对铸件特别厚大部分进行强制冷却，即在铸件冷却过程中，向事先埋没在铸型内的冷却器吹入压缩空气或水气混合物，加快厚大部位的冷却速度。也可在铸件冷却过程中，将铸件厚壁部位的砂层减薄。 

    预热铸型可减小铸件各部分的温差。在熔模铸造中，为了减小铸造应力和裂纹等缺陷，型壳在浇注前被预热到600～900℃。 

    为了提高铸型和型芯的退让性，应减小砂型的紧实度，或在型砂中加入适量的木屑、焦炭等，采用壳型或树脂砂型，效果尤为显著。 

    采用细面砂和涂料，可以减小铸型表面的摩擦力。