金屬在凝固和冷卻過程中體積變化受到外界或其本身的制約,變形受阻,而產(chǎn)生的應(yīng)力。稱之為鑄造應(yīng)力,按產(chǎn)生的原因不同,主要可分為熱應(yīng)力、收縮應(yīng)力兩種。
(1)熱應(yīng)力
鑄件在凝固和冷卻過程中,不同部位由于不均衡的收縮而引起的應(yīng)力,稱熱應(yīng)力。熱應(yīng)力使冷卻較慢的厚壁處受拉伸,冷卻較快的薄壁處或表面受壓縮,鑄件的壁厚差別愈大合金的線收縮率或彈性模量愈大,熱應(yīng)力愈大。定向凝固時,由于鑄件各部分冷卻速度不一致,產(chǎn)生的熱應(yīng)力較大,鑄件易出現(xiàn)變形和裂紋。
(2)收縮應(yīng)力
鑄件在固態(tài)收縮時,因受鑄型、型芯、澆冒口等外力的阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力稱收縮應(yīng)力。、一般鑄件冷卻到彈性狀態(tài)后,收縮受阻都會產(chǎn)生收縮應(yīng)力。收縮應(yīng)力常表現(xiàn)為拉
應(yīng)力。形成原因一經(jīng)消除(如鑄件落砂或去除澆口后)收縮應(yīng)力也隨之消之,因此收縮應(yīng)力是一種臨時應(yīng)力。但在落砂前,如果鑄件的收縮應(yīng)力和熱應(yīng)力共同作用其瞬間應(yīng)力大于鑄件的抗拉強度時,鑄件會產(chǎn)生裂紋。
減小和消除鑄造應(yīng)力的措施
(1)合理地設(shè)計鑄件的結(jié)構(gòu)
鑄件的形狀愈復(fù)雜,各部分壁厚相差愈大,冷卻時溫度愈不均勻,鑄造應(yīng)力愈大。因此,在設(shè)計鑄件時應(yīng)盡量使鑄件形狀簡單、對稱、壁厚均勻。
(2)采用同時凝固的工藝
所謂同時凝固是指采取一些工藝措施,使鑄件各部分溫差很小,幾乎同時進(jìn)行凝固。因各部分溫差小,不易產(chǎn)生熱應(yīng)力和熱裂,鑄件變形小。設(shè)法改善鑄型、型芯的退讓性,合理設(shè)置澆冒口等。同時凝固的示意圖,該工藝是在工件厚壁處加冷鐵,冒口設(shè)薄壁處。
(3)時效處理是消除鑄造應(yīng)力的有效措施。
時效分自然時效、熱時效和共振時效等。所謂自然時效,是將鑄件置于露天場地半年以上,讓其內(nèi)應(yīng)力消除。熱時效(人工時效)又稱去應(yīng)力退火,是將鑄件加熱到550-650℃,保溫2-4h,隨爐冷卻至150-200T,然后出爐。共振法是將鑄件在其共振頻率下震動10-60ndn,以消除鑄件中的殘留應(yīng)力。