A邓.2-1铸造工艺基础-3应力

热裂纹形成示意图
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*铸件的凝固方式 铸件的凝固方式
凝固时期受到阻碍
防止热裂方法：结构合理，改善型、芯退让性，减小浇、 防止热裂方法：结构合理，改善型、芯退让性，减小浇、冒口机械阻
含量， 碍，同时凝固，提高合金质量，限制铸钢和铸铁中的S含量，选用结晶 同时凝固，提高合金质量，限制铸钢和铸铁中的 含量 温度区间小的合金。 温度区间小的合金。
铸造内应力、 第三节 铸造内应力、变形和裂纹
一、铸造内应力：铸件固态收缩受阻而引起的内应力。 铸造内应力：铸件固态收缩受阻而引起的内应力。 铸造内应力是铸件产生变形和开裂的基本原因 一、内应力的形成
•
(按照内应力产生的原因分为热应力、 机械应力 按照内应力产生的原因分为热应力、 机械应力) 按照：内浇口开在薄的轮辐处，同时凝固；较早打箱，砂冷； 对于轮毂：
修改结构，加大轮辐与轮缘的连接圆角 。
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三、 铸件的裂纹与防止 Crack of Casting
1. 热裂 热裂Hot Tearing ：在凝固末期高温下形
成的裂纹。 成的裂纹。
特征：裂纹沿晶界产生和发展， 特征：裂纹沿晶界产生和发展，外型曲 折
且不规则；缝隙宽；缝隙呈氧化色。 且不规则；缝隙宽；缝隙呈氧化色。
形成热裂的主要影响因素： 形成热裂的主要影响因素： (1)合金性质 合金的结晶温度范围愈宽， 合金性质 合金的结晶温度范围愈宽， 固两相区的绝对收缩量愈大； 液、固两相区的绝对收缩量愈大；含硫 量愈高，热裂倾向愈大。 量愈高，热裂倾向愈大。 (2)铸型阻力 铸型的退让性愈好，热裂倾 铸型阻力 铸型的退让性愈好， 向愈小。 向愈小。
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2. 机械应力 Contraction Stress
• 机械应力：铸件冷却到弹性状态后，由于 机械应力： 铸件冷却到弹性状态后，
收缩受到铸型、 型芯和浇、 收缩受到铸型 、 型芯和浇 、 冒口等的阻碍 而引起的应力。 而引起的应力。 机械应力一般为拉应力，在落砂、 机械应力一般为拉应力 ， 在落砂 、去冒 口等后，应力随之消失，属于临时应力 (Temporary Stress)。 。
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2. 冷裂 冷裂Cold Cracking ：铸件处于弹性状态即在
低温时形成的裂纹。 低温时形成的裂纹。
特征：裂纹穿过晶粒发生， 特征：裂纹穿过晶粒发生，外型规则呈圆滑曲线
或直线，裂纹细小，表面光滑具有金属光泽或微 或直线，裂纹细小， 氧化。
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铸件合金脆性大或复杂
拉应力应力集中
•防止冷裂方法：减少铸造应力；降低合金中P的含量；去应力退火； 防止冷裂方法：
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拉应力 Tensile Stress
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铸造应力是热应力和机械阻碍应力等的代 数和。尽管机械阻碍应力为临时应力，若与 热应力同时作用，在超过抗拉强度瞬间，铸 件产生裂纹。
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(a)圆柱体铸件心部产生拉应力，表层产生压应力；(b)当外表面被加工掉一层后，铸件 7 变短；(c)当在心部钻孔后，铸件变长； (d)从侧面切去一层，产生弯曲变形。
1. 热应力 Thermal Stress 热应力：由于铸件壁厚不均，各部分冷却速度不同、 热应力：由于铸件壁厚不均，各部分冷却速度不同、收 缩量不同而引起的应力。 缩量不同而引起的应力。 落砂后热应力仍存在于铸件之中 ， 属于残余应力 (Residual Stress) 。
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视频—框形铸件热应力形成过程 视频 框形铸件热应力形成过程
消除应力与变形的方法
同时凝固 减小机械阻碍 反变形：采用加工模型制成与变形方向正好相反的形状以抵消其变形反
变形。反变形法适用于细长易变形铸件。
去应力退火：实践证明，铸件变形后其残余应力并未彻底消除。
这种铸件经机械加工后，内应力将重新分布，使零件缓慢地变形， 丧失原有的加工精度。为此，对不允许发生变形的铸件，必须进 行时效处理。时效处理可分为自然时效和人工时效两种。自然时 效是将铸件置于露天场地半年以上，使其缓缓地发生变形，从而 使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550~650℃进 行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较为彻底， 故应用广泛。