铸造合金动态应力测试仪

中文名称

铸造合金动态应力测试仪

英文名称

dynamic stress tester of casting alloy

定　　义

测定并记录铸造合金在凝固过程中，应力、温度、线性收缩三参数之间动态变化的仪器。

应用学科

机械工程（一级学科），实验室仪器和装置（二级学科），铸造仪器名称-冲天炉及铸造合金测试仪（三级学科）

铸件在凝固后继续冷却至室温产生固态收缩，当收缩受到阻碍而产生的内应力称为铸造应力。它是铸件产生变形和裂纹等缺陷的主要原因，铸造应力可分为机械应力和热应力两种。

铸造合金收缩性机械应力

铸件在固态收缩时，受到铸型或型芯等的机械阻碍而产生的内应力称为机械应力， 也称收缩应力，如图《机械应力》所示。机械应力是暂时的，铸件从铸型中取出之后便可自行消除。但在铸型中机械应力与热应力同时作用，应力瞬间超过铸件的强度极限时，铸件将产生裂纹。在工艺上增加铸型的退让性可碱小铸件的机械应力。

铸造合金收缩性热应力

由于铸件壁厚不均匀，造成各部分冷却速度不同，在同一时期内铸件各部分收缩不一致而产生的应力称为热应力。 2100433B

铸造应力相变应力

相变应力是铸件在冷却时发生相变，由于体积变化造成的内应力。对于钢铁材料，在弹性状态温度范围内冷却，相变造成体积膨账。使铸件厚壁部分受压应力，薄壁部分受拉应力。相变应力方向与 热应力方向相反。一般相变应力很小。

铸造应力热应力

铸件凝固末期即铸件合金已搭结成枝晶网络骨架开始及随后的冷却过程中，铸件横截面和厚薄不同之处由于存在着温度差而产生的铸造应力，称之为热应力。铸件横截面内外，厚薄不同之处冷却速度有差异，致使有温度差而导致固态收缩速率不致辞而相互制约，从而产生了热应力。

铸造应力机械应力

机械应力是铸件在冷却收缩时，受到铸型或型芯的阻碍而引起的，这种应力是拉应力或切应力。当铸件落砂、清理后，铸件收缩的障碍去除，机械应力随之消失。

铸造应力铸造中消除

为能减少铸造热应力，除了力求铸件壁厚均匀，结构合理外，从工艺上可采取以下措施减少铸件冷却过程中各部分的温差:

1. 在铸件厚实部分放置冷铁或蓄热系数较大的型砂如碳素砂、镁砂等，加快这些部分的冷却速度。

2.在铸件厚大部分附近的型砂中埋设钢管，管内 通压缩空气或水进行强制冷却; 如大型铸件地坑造型 时，在厚实部分放置冷铁，并在冷铁下方再放置冷却 器进行强制冷却。

3.铸件凝固后，在达到弹性状态以前，去掉铸件厚实部分的型砂或砂芯，使之暴露于空气中快速冷却，甚至吹压缩空气或浇水进一步加速其冷却。

4.将内浇口开在铸件较薄部分，使铸件各部分的冷却速度趋于一致。

5.提高铸型温度，使整个铸件缓慢冷却，以减少铸件各部分的温差。

6.确定合理的落砂规范，使铸件在型中冷却到合适的温度然后再落砂。

7.对于要求冷却十分缓慢的铸件，可以在红热状态下开箱，并尽快装入预先加热到500～600°C的保温炉或焖火坑中，使铸件各部分温度趋于一致，然后随炉缓冷到200～250°C出炉。

铸造应力铸造后消除

冷却后的铸件若残留有较大的内应力，或对尺寸稳定性要求较高的铸件，可用消除内应力的方法处理：

1.自然时效处理。将铸件露天放置半年至一年多，可以自然但非常缓慢地变形，使残留应力松弛或大部分消除。虽然不需要任何附加设备，但生产周期长占地面积大，而且消除残留应力不彻底。

2.加热时效处理。将铸件加热到合金的弹塑性状态的温度范围，保持一段时间，待应力消失后，再缓慢冷却到常温。

铸造应力加热消除

加热速度、时效温度、保温时间和冷却速度等一系列工艺参数，要根据合金性质、铸件结构和原始冷却条件的特点来规定。

1. 装炉温度和加热速度。在装炉和加热过程中，铸件各部分温度升高不一致时，就会产生新的热应力。如果薄的部分或外层温度上升较快，而厚的部分或内层温度上升较慢，则薄处或外层产生新的压应 力，而厚处或内层产生新的拉应力。这种新的应力与残留热应力方向一致。

为了防止因装炉和加热过程中产生过大的临时热应力而导致铸件开裂，应限制装炉温度和加热温度，特别是对于残留热应力较大铸件，装入冷炉中。如果必须装入热炉中，在装炉时应把铸件薄壁部分放在炉温较低处，把铸件厚壁部分放在温度较高处，以减小临时热应力。在某些情况下，即使铸件各部分温度上升比较均匀，也可能出现裂纹。 这是因为合金强度随温度上升而降低的速度大于应 力消失速度的缘故。

2. 时效温度和保温时间。时效温度应在铸铁的弹塑性状态温度范围内。温度过高易发生渗碳体分解，降低铸铁的硬度和耐磨性；温度过低则需延长保温时间，使铸件各部分温度一致并消除残留应力。

3. 冷却速度和出炉温度。在冷却过程中应防止铸件各部分温差过大而产生新的残留热应力，因此要限制冷却温度。在 350°C以上，对于一般铸件，采用30°C/h左右的冷却速度；对于精密工具机床和仪器 铸件，采用18°C/h左右的冷却速度。在350°C以下可以采用较快的冷却速度。一般情况下，加热时效是在零件粗切削加工以后进行的，这既有利于原有残留应力的消除，又可以避免时效后的铸件经粗加工时产生新的残留应力。时效炉炉温均匀与否，对消除原残留应力和不再形成新的残留应力有很大关系。时效炉的温度差应尽可能小。