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鑄造應(yīng)力的產(chǎn)生

(1) 熱應(yīng)力

由于鑄件各部分的薄厚不一樣(如機(jī)床床身導(dǎo)軌部分很厚，側(cè)壁、筋板部分較薄)，鑄后，薄壁部分冷卻速度快收縮大，而厚壁部分，冷卻速度慢，收縮小。薄壁部分的收縮受到厚壁部分的阻礙，所以薄壁部分受拉力，厚壁部分受壓力。因縱向收縮差大，因而產(chǎn)生的拉壓應(yīng)力也大。這時(shí)鑄件的溫度高，薄厚壁都處于塑性狀態(tài)，其壓應(yīng)力使厚壁部分變粗，拉應(yīng)力使薄壁部分變薄，拉壓應(yīng)力隨塑性變形而消失。

鑄件逐漸冷卻，當(dāng)薄壁部分進(jìn)入彈性狀態(tài)而厚壁部分仍處于塑性時(shí)，壓應(yīng)力使厚壁部分產(chǎn)生塑性變形，繼續(xù)變粗，而薄壁部分只是彈性拉長，這時(shí)拉壓應(yīng)力隨厚壁部分變粗而消失。鑄件仍繼續(xù)冷卻，當(dāng)薄厚壁部分進(jìn)入彈性區(qū)時(shí)，由于厚壁部分溫度高，收縮量大。但薄壁部分阻止厚壁部分收縮，故薄壁受壓應(yīng)力，厚壁受拉應(yīng)力。應(yīng)力方向發(fā)生了變化。這種作用一直持續(xù)到室溫，結(jié)果在常溫下厚壁部分受拉應(yīng)力，薄壁部分受壓應(yīng)力。

這個(gè)應(yīng)力是由于各部分薄厚不同。冷卻速度不同，塑性變形不均勻而產(chǎn)生的，叫熱應(yīng)力。

在導(dǎo)軌或側(cè)壁的同一個(gè)截面內(nèi)，表層與內(nèi)心部，由于冷卻快慢不同，也產(chǎn)生相互平衡的拉壓應(yīng)力，用類似與上述方法分析，可知在室溫下表層受壓應(yīng)力，心部受拉應(yīng)力，并且截面越大，應(yīng)力越大，此應(yīng)力也叫熱應(yīng)力。

(2)相變應(yīng)力

常用的鑄鐵含碳量在2.8-3.5%，屬于亞共晶鑄鐵，由結(jié)晶過程可知：厚壁部分在1153℃共晶結(jié)晶時(shí)，析出共晶石墨，產(chǎn)生體積膨脹 ，薄壁部分阻礙其膨脹，厚壁部分受壓應(yīng)力，薄壁部分受拉應(yīng)力。厚壁部分因溫度高，降溫速度快，收縮快，所以厚壁逐漸變?yōu)槭芾瓚?yīng)力。而薄壁與其相反。在共析(738℃)前的收縮中，薄厚壁均處于塑性狀態(tài)，應(yīng)力雖然不段產(chǎn)生，但又不斷被塑性變性所松弛，應(yīng)力并不大。當(dāng)降到738℃時(shí)，鑄鐵發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，由面心立方結(jié)構(gòu)變?yōu)轶w心立方結(jié)構(gòu)(既γ—Fe變?yōu)閍 —Fe)，同時(shí)有共析石墨析出，使厚壁部分伸入產(chǎn)生壓應(yīng)力。上述的兩種應(yīng)力，是在1153℃ 和738 ℃兩次相變而產(chǎn)生的，叫相變應(yīng)力。相變應(yīng)力與冷卻過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力方向相反，相變應(yīng)力被熱應(yīng)力抵消。在共析轉(zhuǎn)變以后，不在產(chǎn)生相變應(yīng)力，因此鑄件由于薄厚冷卻速度不同所形成的熱應(yīng)力起主要作用。

(3)收縮應(yīng)力(亦叫機(jī)械阻礙應(yīng)力)：

鑄件在固態(tài)收縮時(shí)，因受到鑄型、型芯、澆冒口等的阻礙作用而產(chǎn)生的應(yīng)力叫收縮應(yīng)力。由于各部分由塑性到彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變有先有后，型芯等對收縮的阻力將在鑄件內(nèi)造成不均勻的的塑性變形，產(chǎn)生殘余應(yīng)力。收縮應(yīng)力一般不大，多在打箱后消失。