铸造-应力、变形、冷裂

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1、第二章铸件的应力前一章内容总结前一章主要讲解“铸件宏观凝固组织及控制”，通过一系列的工艺措施，可以尽可能多地得到细小的等轴晶粒组织，这样可以保证得到强度和韧性都非常良好的铸件。得到了理想的细晶组织，是否铸件的成型就完成了？完美金相就拿这个暖气片来说，天气太冷，老板通过市场调查，让你开发暖气片，还答应你，干好了先让你用。你高兴，美梦。你在生产过程中，采取了各种措施，得到了一个具有理想组织的铸件，但是当你将铸件往一块装配的时候，这两个口应该对起来，但是如果铸件产生变形，一个距离长，一个距离短，两个照不起来，铸件报废。另外一个问题

2、，你看着铸件的外表没有什么问题，你把这个铸件装配起来，结果一通压力，漏水了。美梦变恶梦什么原因造成的？这些都是在后面要讲的。首先：介绍铸件中的应力2.1概述2.1.1金属（合金）→冷却降温→凝固（收缩膨胀）→继续降温→固态相变（体积收缩或膨胀）→体积变化→体积变化受阻→铸件内产生应力→内应力2.1.2铸造应力的分类：应力铸造应力：铸件在铸造过程中在内部所产生的应力。临时应力：铸造过程中，产生应力的原因消除后应力消失：残余应力:：铸造过程中，产生应力的原因消除后应力依然存在，这种应力称为：（铸造）残余应力。以上两种应力是从时间

3、上分类的。按应力产生的原因有以下三种：热应力、相变应力、机械阻碍应力、关于这几种应力，我们在后面将逐一给以详细的介绍。2.1.3应力对铸件的影响低于弹性极限：铸件中产生应力，同时在应力的作用下，产生有限的变形（弹性变形）高于屈服极限：铸件产生塑性变形；高于强度极限：铸件中出现裂纹。因此，在这一章中，将应力、变形、裂纹放在一起讲解。在应力的作用下，铸件如何变形和出现裂纹，也将在后面相应的章节中介绍。2.2热应力：2.2.1概念热应力：铸件冷却过程中，由于各部分冷却速度不同，收缩时间及收缩量不同，铸件由于结构所限，相互制约，不能

4、完成各自的理论变形，结果：在铸件内所产生的应力。（残余应力）现在，我们给出了一个概念，那么，在铸件内是否存在热应力呢？一般可以通过什么来判断呢？变形，裂纹，测量（铸造测试课）。能不能分析，计算出铸造过程中铸件中的热应力呢？想办法：找一个铸件，来计算一下。什么铸件：高压阀门，你无法计算，太复杂，无从下手，没有着手点。怎么办？当然是要从最简单的地方着手。那么，什么铸件最简单？当然是球状，可以，但是不直观。下一个呢，当然是棒状。因此我们就从杆件来分析铸件内热应力的产生过程以及大小，影响因素。与那些因素有关？温度，收缩，膨胀，长度，

5、应力，首先查资料，列出各个因素之间关系的公式，然后进行下面的工作。2.2.2举例为了说明铸件内热应力的产生过程，现举一个简单的例子。现以厚度不均匀的T字梁为例（图2-1）来讨论残余热应力的产生过程。该件是结构最为简单的铸件。T字梁铸件由杆I和杆II两部分组成，杆I较厚，杆II较薄。A假设：为了讨论简化起见，现作如下假设：1）．杆I和杆II从同一温度tH开始冷却，最后冷却到同一温度T0。2）.合金有一个临界温度Tk，在此温度以上，合金处于塑性状态，以下处于弹性状态；3）合金在冷却过程中没有固态相变，铸件收缩不受铸型的阻碍；4）

6、杆I和杆II冷却速度相互没有影响，即各自相互冷却。5）材料的膨胀（收缩）系数a和弹性模量E不随温度而变，其值为一常数。6）在整个过程中，杆件不产生弯曲变形。B图的解释：图12-4）是杆I和杆II的冷却曲线（t一T曲线）。两个图纵横坐标，时间,温度，应变。开始冷却时两杆温度相同，为Th。冷到最后时，两杆温度也相同，为T0。由于杆I较厚而杆II较薄，所以冷却前期杆II的冷却速度比杆I快。但两杆温度最后相同，所以冷却后期必然是杆I的冷却速度比杆II快。假如收缩（膨胀）系数，不随温度而变，其值为一常数，则铸件在各个温度时的自由收缩量

7、与温度成正比，亦即一t曲线在外形上与T一t二曲线完全一致，因而可得图12-4b）线收缩曲线。虚线C0C1C2C3为两杆联在一起时的线收缩曲线。C）分析：热应力产生过程，可根据图11-1分为三个阶段说明之：第一阶段：时间从t0到t1，杆I温度从T到T'，杆II温度从T到Tk（T'），T（T，T）＞Tk，杆I及杆II均处于塑性状态。如两杆均能自由收缩，则杆I的长度为l＋da：，杆II的长度应为l＋db。但事实上两杆联在一起，收缩彼此受到限制，故两杆应具有长度l＋dc。此时若不产生弯曲变形，杆I被塑性地压缩，杆II塑性拉伸。在时间

8、t一t内，T＞Tk，，T＜Tk。此阶段内，杆II的温度已下降到Tk以下，处于弹性状态，而杆I仍处于塑性状态。由于弹性杆的变形比塑性杆困难得多，所以铸件的收缩显然是由变形较困难的杆II决定，即cc应平行于bb。杆II不再发生新的变形（bc=bc），而杆I继续受压缩发生塑性变形。在t时刻,两杆