1.2.3 铸造应力、变形与裂纹

1、内容回顾内容回顾 1-2 金属液态成形的基本原理金属液态成形的基本原理 2) 2) 合金的充型能力合金的充型能力 3) 3) 金属的凝固方式金属的凝固方式 1 1）合金的流动性）合金的流动性 纯金属及共晶成分合金纯金属及共晶成分合金 灰铸铁最好，铸钢最差灰铸铁最好，铸钢最差 流动性流动性 浇注条件浇注条件 铸型条件铸型条件 逐层凝固逐层凝固 糊状凝固糊状凝固 中间凝固中间凝固 本节内容本节内容 1-2 金属液态成形的基本原理金属液态成形的基本原理 4)4)金属的收缩金属的收缩 液态收缩液态收缩 凝固收缩凝固收缩 固态收缩固态收缩 缩孔、缩松缩孔、缩松 铸造内应力、变形和裂纹铸造内应力、变形和裂

2、纹 化学成分化学成分 浇注温度浇注温度 铸件结构铸件结构 铸型条件铸型条件 影响因素影响因素 铸造缺陷铸造缺陷 1 1、铸造内应力、铸造内应力 1-2 金属液态成形的基本原理金属液态成形的基本原理 1 1）铸造内应力的种类）铸造内应力的种类 2 2）铸造内应力的形成原理）铸造内应力的形成原理 3 3）铸造内应力的预防）铸造内应力的预防 1.2.3 1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 铸件铸件 冷却冷却 受约束受约束 瞬时应力与瞬时应力与 应变应变 完全冷却后完全冷却后 残余应力残余应力 与变形与变形 铸造内应力铸造内应力铸件固态收缩受到阻碍产生的内部应力。铸件固态收缩受到

3、阻碍产生的内部应力。 1 1、铸造内应力、铸造内应力 1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 铸件温铸件温 度变化度变化 热收缩热收缩 热应力热应力（自身约束）（自身约束） 机械应力机械应力（外部约束）（外部约束） 固态相变固态相变 （伴随比容变化）（伴随比容变化） 受阻受阻 受阻受阻 相变应力相变应力 1 1）铸造内应力的种类）铸造内应力的种类 1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 a a）热应力热应力 铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均 衡的收缩而引起的应力。衡的收缩而引起的应力。 b b）机械应力机械应力

4、 铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇 冒口等外力的阻碍而产生的应力。冒口等外力的阻碍而产生的应力。 c c）固态相变应力固态相变应力 铸件由于冷却时发生的固态相变，各部铸件由于冷却时发生的固态相变，各部 分体积发生不均衡变化而引起的应力分体积发生不均衡变化而引起的应力( (如如 AP AP转变时体积转变时体积 会增大会增大) )。 1 1、铸造内应力、铸造内应力 1 1）铸造内应力的种类）铸造内应力的种类 1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 2 2）铸造热应力的形成）铸造热应力的形成 热应力的形成热应力的形成 分布规律：分布规律：

5、 铸件厚壁或铸件厚壁或 心部受拉伸心部受拉伸； 薄壁或表层薄壁或表层 受压缩受压缩。 “”为拉应力；为拉应力； “”为压应力为压应力。 1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 2 2）铸造热应力的形成）铸造热应力的形成 热应力的形成热应力的形成 铸件厚壁或铸件厚壁或 心部受拉伸心部受拉伸； 薄壁或表层薄壁或表层 受压缩受压缩。 1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 2 2）铸造热应力的形成）铸造热应力的形成 应应 力力 分分 布布 举举 例例 1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 3 3）机械应力的形成）机械应力的形成 1.2.3 铸造

6、内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 4 4）铸造内应力的预防）铸造内应力的预防 a a）采用同时凝固的原则采用同时凝固的原则 同时凝固是指通过设置冷铁、同时凝固是指通过设置冷铁、 布置浇口等工艺措施，使铸件温差尽量变小，基本实现布置浇口等工艺措施，使铸件温差尽量变小，基本实现 铸件各部分在同一时间凝固，铸件各部分在同一时间凝固，可有效降低热应力可有效降低热应力。 1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 4 4）铸造内应力的预防）铸造内应力的预防 预防热应力预防热应力 预防机械应力预防机械应力 消除残余应力消除残余应力 b b）提高铸型温度提高铸型温度（对铸型进行预热）（

7、对铸型进行预热） c c）铸件壁厚设计均匀铸件壁厚设计均匀 d d）改善铸型和型芯的退让性改善铸型和型芯的退让性 e e）进行去应力退火进行去应力退火 2 2、铸件的变形、铸件的变形 1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 1) 1) 铸件变形的形式铸件变形的形式: : 铸件的变形包括铸件凝固后所发生的变形以及随后的切削铸件的变形包括铸件凝固后所发生的变形以及随后的切削 加工变形。加工变形。 2 2、铸件的变形、铸件的变形 1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 1) 1) 铸件变形的形式铸件变形的形式: : 厚大受拉易厚大受拉易内凹内凹； 薄处受压易薄处受

8、压易外凸外凸； 床身铸件变形床身铸件变形 2 2、铸件的变形、铸件的变形 1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 1) 1) 铸件变形的形式铸件变形的形式 思考思考 铸件如何变化？铸件如何变化？ a) 对铸件中心钻孔；对铸件中心钻孔； b) 外圈加工一层，使外径减小后；外圈加工一层，使外径减小后； c) 侧边铣削掉一层；侧边铣削掉一层； 2 2、铸件的变形、铸件的变形 1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 1) 1) 铸件变形的形式铸件变形的形式 1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 2) 2) 铸件变形的预防措施铸件变形的预防措施 2

9、 2、铸件的变形、铸件的变形 a) a) 采用反变形法采用反变形法 可在模样上做出与铸件变形量相等而方向可在模样上做出与铸件变形量相等而方向 相反的预变形量来抵消铸件的变形，此种方法称为反变形法。相反的预变形量来抵消铸件的变形，此种方法称为反变形法。 1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 2) 2) 铸件变形的预防措施铸件变形的预防措施 b) b) 进行去应力退火进行去应力退火 铸件机加工之前应先铸件机加工之前应先 进行去应力退火，以稳定铸件尺寸，降低切进行去应力退火，以稳定铸件尺寸，降低切 削加工变形程度。削加工变形程度。 联想：联想： 机床床身铸造机床床身铸造 后要进行

10、什么后要进行什么 处理？处理？ 1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 2) 2) 铸件变形的预防措施铸件变形的预防措施 c) c) 设置工艺肋设置工艺肋 为了防止铸件的铸态变形，可在容为了防止铸件的铸态变形，可在容 易变形的部位设置工艺肋。易变形的部位设置工艺肋。 3 3、铸件的裂纹、铸件的裂纹 1 1）铸件裂纹的形式）铸件裂纹的形式 铸件的收缩，在铸件中产生了铸造内应力，当铸造内应铸件的收缩，在铸件中产生了铸造内应力，当铸造内应 力增大到力增大到 大于某一时刻材料的抗拉强度时，就会出现裂纹。大于某一时刻材料的抗拉强度时，就会出现裂纹。 a)热裂纹：热裂纹：热裂纹是在凝固末

11、期高温下形成的裂纹，是在热裂纹是在凝固末期高温下形成的裂纹，是在 应力与致脆因素的共同作用下，使材料的原子结合遭到破应力与致脆因素的共同作用下，使材料的原子结合遭到破 坏，在形成新界面时产生缝隙。坏，在形成新界面时产生缝隙。 热裂裂纹一般沿晶界产生和发展，其外形热裂裂纹一般沿晶界产生和发展，其外形曲折短小，曲折短小， 裂纹缝内表面呈氧化色裂纹缝内表面呈氧化色； 1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 裂纹是可以引发灾难性事故的、危害最大的一类缺陷。裂纹是可以引发灾难性事故的、危害最大的一类缺陷。 热裂纹的形成：热裂纹的形成： 主要因素：主要因素： 合金性质合金性质 结晶区间越

12、宽、结晶区间越宽、 含硫量高易裂。含硫量高易裂。 铸型阻力铸型阻力 注意型砂的退注意型砂的退 让性。让性。 1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 1 1）铸件裂纹的形式）铸件裂纹的形式 b)b)冷裂冷裂是铸件凝固后冷却到弹性状态时，局部铸造应力是铸件凝固后冷却到弹性状态时，局部铸造应力 超过材料强度极限而引起的开裂。超过材料强度极限而引起的开裂。 冷裂常常出现在铸件形状复杂受拉冷裂常常出现在铸件形状复杂受拉 伸处，特别是应力集中部位。壁厚不均伸处，特别是应力集中部位。壁厚不均 匀、形状复杂的大型铸件容易产生冷裂匀、形状复杂的大型铸件容易产生冷裂 纹。纹。 铸件尖角部位的裂纹

13、铸件尖角部位的裂纹 冷裂裂纹穿晶断裂，裂纹细小，外形呈冷裂裂纹穿晶断裂，裂纹细小，外形呈 连续直线状或圆滑曲线状，裂纹连续直线状或圆滑曲线状，裂纹缝内干缝内干 净，有时呈轻微氧化色。净，有时呈轻微氧化色。 1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 2 2）铸件裂纹的预防措施）铸件裂纹的预防措施 a) a) 改善铸型的改善铸型的退让性退让性； 1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹铸造内应力、变形及裂纹 b)b)金属在熔炼过程中，应严格控制有可能扩大金属金属在熔炼过程中，应严格控制有可能扩大金属 凝固温度范围元素的加入量及钢铁中的凝固温度范围元素的加入量及钢铁中的硫、磷硫、磷含量。含量。 c)