金属结晶与组织控制

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1、第九章铸造应力(castingstress)：金属在凝固和冷却过程中体积变化受到外界或其本身的制约，变形受阻，而产生的应力。　一．铸造应力的分类A.按应力形成的原因分：（1）热应力(thermalstress)：铸件各部分厚薄不同，在凝固和其后的冷却过程中，冷却速度不同，造成同一时刻各部分收缩量不一致，铸件各部分彼此制约，产生的应力。（2）相变应力(phasetransformationstress)：固态发生相变的合金，由于铸件各部分冷却条件不同，它们到达相变温度的时刻不同，且相变的程度也不同而产生的应力。（3）机械阻碍应力(mechanismh

2、inderedstress)：铸件收缩受到铸型、型芯、箱挡和芯骨等机械阻碍所产生的应力。B.按应力存在的时间分：（1）临时应力(temporarystress)：产生应力的原因消失，应力便消失。（2）残余应力(residualstress)：产生应力的原因消除后，仍然存在的应力。二．应力的危害铸造应力和铸件的变形对铸件质量的危害很大。铸造应力是铸件在生产、存放、加工以及使用过程中产生变形和裂纹的主要原因，它降低铸件的使用性能三．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

3、强度，铸件就会产生裂纹。1.金属性质对铸造应力的影响（1）金属的弹性模量越大，铸件中的残余应力就越大。（2）铸件的残余应力与合金的自由线收缩系数成正比(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.铸型性质对铸造应力的影响（1）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

4、应力。3.浇注温度对铸造应力的影响（1）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.铸件结构对铸造应力的影响铸件壁厚差越大，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，

5、可在铸件厚实部分放置冷铁，或采用蓄热系数大的型砂，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。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。3、浇注条件 内浇口和冒口的位置应有利铸件各部分温度的均匀分布，内浇口布置要同时考虑温度分布均匀和阻力最小的要求。4、改进铸件结构   避免产生较大的应力和应力集中，铸件壁厚差要尽可能地小，厚薄壁连结处要合理地过渡，热节要小而分散。五．消除残余应力的方法1.人工时效2.自然时效(nat

6、uralaging) 3.共振时效 六．热裂的分类热裂分为外裂和内裂。在铸件表面可以看到的裂纹称为外裂，其表面宽，内部窄，有时贯穿铸件整个断面。内裂产生在铸件内部最后凝固的部位，也常出现在缩孔附近或缩孔尾部七．热裂形成机理－液膜理论液膜理论认为，热裂纹的形成是由于铸件在凝固末期晶间存在液膜和铸件在凝固过程中受拉应力共同作用的结果。液膜是产生热裂纹的根本原因，而铸件收缩受阻是产生热裂纹的必要条件。形成液膜的低熔点物质是产生热裂的主要根源，应采取各种措施消除它的有害作用。但实践发现，低熔点物质在合金中的数量超过某一界限以后，反而具有愈合裂纹的作用，即液

7、体在毛细作用下可填补裂纹使其愈合，反而减轻热裂的倾向性。   利用愈合现象以控制热裂纹的产生，尚须注意一点，即晶间存在较多易熔第二相时，常会增大合金常温脆性，因此，必须控制得当。在实际生产中，由于铸件结构特点或其它因素造成铸件各部分的冷却速度不一致，致使铸件在凝固过程中各部分的温度不同，抗变形能力也就不同。铸件收缩受阻时，高温区(热节)将产生集中变形；铸件的温度分布越不均匀，集中变形越严重，产生热裂的可能性就越大因此，强度理论认为，合金存在热脆区和在热脆区内合金的断裂应变低是产生热裂纹的重要原因，而铸件的集中变形是产生热裂纹的必要条件。八．影响热裂

8、的因素Ø合金性质Ø 铸型方面Ø浇注条件方面Ø防止热裂的途径ØØ合金成分、熔炼工艺；Ø 铸型方面Ø浇注条件方面Ø铸型结构九．