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北京機(jī)械加工廠分析影響鑄造應(yīng)力的因素
鑄件在凝固和冷卻過(guò)程中，所受的應(yīng)力為熱應(yīng)力、相變應(yīng)力和機(jī)械阻礙應(yīng)力的代數(shù)和。此應(yīng)力值大于金屬在該溫度下的強(qiáng)度，鑄件就會(huì)產(chǎn)生裂紋。
機(jī)械阻礙應(yīng)力一般在鑄件落砂后即消失，是臨時(shí)應(yīng)力。殘留應(yīng)力往往是熱應(yīng)力和相變應(yīng)力。殘留應(yīng)力與下列因素有關(guān)：
1、金屬性質(zhì)方面
(1) 金屬的彈性模量越大，鑄件中的殘余應(yīng)力就越大。例如，鑄鋼、白口鐵和球鐵的殘余應(yīng)力比灰口鑄鐵的大，原因之一是與金屬的彈性模量有關(guān)(表9—1)。
(2) 鑄件的殘余應(yīng)力與合金的自由線收縮系數(shù)成正比。圖9—2是幾種材料從0—600℃的線膨脹曲線。當(dāng)其它條件相同時(shí)，奧氏體不銹鋼由于α值大，其殘余應(yīng)力比鐵素體不銹鋼的要大50％。
(3) 合金的導(dǎo)熱系數(shù)直接影響鑄件厚薄兩部分的溫差值。合金鋼比碳鋼具有較低的導(dǎo)熱性能，因此在其它條件相同時(shí)，合金鋼具有較大的殘余應(yīng)力。
相變對(duì)殘余應(yīng)力的影響表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：
a) 相變引起比容的變化，
b) 相變熱效應(yīng)改變鑄件各部分的溫度分布。
2、鑄型性質(zhì)方面
鑄型蓄熱系數(shù)越大，鑄件的冷卻速度越大，鑄件內(nèi)外的溫差就越大，產(chǎn)生的應(yīng)力則越大。金屬型比砂型容易在鑄件中引起更大的殘余應(yīng)力。
3、澆注條件
提高澆注溫度，相當(dāng)于提高鑄型的溫度，延緩了鑄件的冷卻速度，使鑄件各部分溫度趨于均勻，因而可以減小殘余應(yīng)力。
4、鑄件結(jié)構(gòu)
鑄件壁厚差越大，冷卻時(shí)厚薄壁溫差就越大，引起的熱應(yīng)力則越大。
四、減小應(yīng)力的途徑
減小鑄造應(yīng)力的主要途徑是針對(duì)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在制定鑄造工藝時(shí)，盡可能地減小鑄件在冷卻過(guò)程中各部分的溫差，提高鑄型和型芯的退讓性，減小機(jī)械阻礙。可采用以下具體措施：
1、合金方面
在零件能滿足工作條件的前提下，選擇彈性模量和收縮系數(shù)小的合金材料。
2、鑄型方面
為了使鑄件在冷卻過(guò)程中溫度分布均勻，可在鑄件厚實(shí)部分放置冷鐵，或采用蓄熱系數(shù)大的型砂，也可對(duì)鑄件特別厚大部分進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，即在鑄件冷卻過(guò)程中，向事先埋沒(méi)在鑄型內(nèi)的冷卻器吹入壓縮空氣或水氣混合物，加快厚大部位的冷卻速度。也可在鑄件冷卻過(guò)程中，將鑄件厚壁部位的砂層減薄。
預(yù)熱鑄型可減小鑄件各部分的溫差。在熔模鑄造中，為了減小鑄造應(yīng)力和裂紋等缺陷，型殼在澆注前被預(yù)熱到600～900℃。
為了提高鑄型和型芯的退讓性，應(yīng)減小砂型的緊實(shí)度，或在型砂中加入適量的木屑、焦炭等，采用殼型或樹(shù)脂砂型，效果尤為顯著。
采用細(xì)面砂和涂料，可以減小鑄型表面的摩擦力。