鑄件內(nèi)應(yīng)力及裂紋的產(chǎn)生及預(yù)防措施:
1.鑄造應(yīng)力
鑄造應(yīng)力按產(chǎn)生的原因不同,主要可分為熱應(yīng)力、收縮應(yīng)力兩種。(1)熱應(yīng)力
鑄件在凝固和冷卻過(guò)程中,不同部位由于不均衡的收縮而引起的應(yīng)力,稱熱應(yīng)力。熱應(yīng)力使冷卻較慢的厚壁處受拉伸,冷卻較快的薄壁處或表面受壓縮,鑄件的壁厚差別愈大合金的線收縮率或彈性模量愈大,熱應(yīng)力愈大。定向凝固時(shí),由于鑄件各部分冷卻速度不一致,產(chǎn)生的熱應(yīng)力較大,鑄件易出現(xiàn)變形和裂紋。
(2)收縮應(yīng)力
鑄件在固態(tài)收縮時(shí),因受鑄型、型芯、澆冒口等外力的阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力稱收縮應(yīng)力。、一般鑄件冷卻到彈性狀態(tài)后,收縮受阻都會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力。收縮應(yīng)力常表現(xiàn)為拉應(yīng)力。形成原因一經(jīng)(如鑄鐵平臺(tái)落砂或去除澆口后)收縮應(yīng)力也隨之消之,因此收縮應(yīng)力是一種臨時(shí)應(yīng)力。但在落砂前,如果鑄件的收縮應(yīng)力和熱應(yīng)力共同作用其瞬間應(yīng)力大于鑄件的抗拉強(qiáng)度時(shí),鑄件會(huì)產(chǎn)生裂紋。
(1)合理地設(shè)計(jì)鑄件的結(jié)構(gòu)
鑄件的形狀愈復(fù)雜,各部分壁厚相差愈大,冷卻時(shí)溫度愈不均勻,鑄造應(yīng)力愈大。因此,在設(shè)計(jì)鑄件時(shí)應(yīng)盡量使鑄件形狀簡(jiǎn)單、對(duì)稱、壁厚均勻。
(2)采用同時(shí)凝固的工藝
所謂同時(shí)凝固是指采取一些工藝措施,使鑄件各部分溫差很小,幾乎同時(shí)進(jìn)行凝固。因各部分溫差小,不易產(chǎn)生熱應(yīng)力和熱裂,鑄件變形小。設(shè)法鑄型、型芯的退讓性,合理設(shè)置澆冒口等。同時(shí)凝固的示意圖,該工藝是在工件厚壁處加冷鐵,冒口設(shè)薄壁處。
(3)時(shí)效處理是鑄造應(yīng)力的措施。
時(shí)效分自然時(shí)效、熱時(shí)效和共振時(shí)效等。所謂自然時(shí)效,是將鑄件置于露天場(chǎng)地半年以上,讓其內(nèi)應(yīng)力。熱時(shí)效(人工時(shí)效)又稱去應(yīng)力退火,是將鑄件加熱到550-650℃,保溫2-4h,隨爐冷卻至150-200T,然后出爐。共振法是將鑄件在其共振頻率下震動(dòng)10-60ndn,以鑄件中的殘留應(yīng)力。
3.鑄件的變形與防止
如前所述,在熱應(yīng)力的作用下,鑄件薄的部分受壓應(yīng)力,厚的部分受拉應(yīng)力,但鑄件總是力圖通過(guò)變形來(lái)減緩其內(nèi)應(yīng)力。因此,鑄件常發(fā)生不同程度的變形。鑄件的變形往往使鑄件精度降低,嚴(yán)重時(shí)可以使鑄件報(bào)廢,應(yīng)予防止。因鑄件變形是由鑄造應(yīng)力引起,減小和防止鑄造應(yīng)力的辦法,是防止鑄件變形的措施。
當(dāng)鑄造內(nèi)應(yīng)力超過(guò)金屬的強(qiáng)度時(shí),鑄件便產(chǎn)生裂紋。裂紋是嚴(yán)重的鑄造缺陷,設(shè)法防止。裂紋按形成的溫度范圍分為熱裂和冷裂兩種。
(1)熱裂
① 熱裂的產(chǎn)生
一般是在凝固末期,金屬處于固相線附近的高溫時(shí)形成的。其形狀特征是裂縫短,縫隙寬,形狀曲折,縫內(nèi)呈氧化顏色。鑄件結(jié)構(gòu)不合理,合金收縮大,型(芯)砂退讓性差以及鑄造工藝不合理等均可引發(fā)熱裂。鋼和鐵中的硫、磷降低了鋼和鐵的韌性,使熱裂傾向增大。
② 熱裂的防止
合理地調(diào)整合金成分(嚴(yán)格控制鋼和鐵中的硫、磷含量),合理地設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu),采用同時(shí)凝固的原則和型(芯)砂的退讓性,都是防止熱裂的措施。
(2)冷裂
① 冷裂的產(chǎn)生
冷裂是鑄件冷卻到低溫處于彈性狀態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力和收縮應(yīng)力的總和,如果大于該溫度下合金的強(qiáng)度,則產(chǎn)生冷裂。冷裂是在較低溫度下形成的,其裂縫細(xì)小,呈連續(xù)直線狀,縫內(nèi)干凈,有時(shí)呈輕微氧化色。壁厚差別大、形狀復(fù)雜的鑄件,尤其是大而薄的鑄鐵平板易于發(fā)生冷裂。
② 冷裂的防止
凡是減小鑄造內(nèi)應(yīng)力或降低合金脆性的措施,都能防止冷裂的形成。例如:鋼和鑄鐵中的磷能顯著降低合金的沖擊韌性,增加脆性,容易產(chǎn)生冷裂傾向,因此在金屬熔煉中嚴(yán)格加以限制。