鑄造應(yīng)力是鑄件冷卻進(jìn)入彈性區(qū)域以后,由于收縮(或膨脹)受到阻力而形成的內(nèi)應(yīng)力。
鑄造應(yīng)力對(duì)鑄件質(zhì)量影響很大。若鑄件總應(yīng)力值超過(guò)合金屈服極限,將引起鑄件變形,降低鑄件尺寸精度。總應(yīng)力值超過(guò)合金強(qiáng)度極限,鑄件將產(chǎn)生冷裂,導(dǎo)致報(bào)廢。殘余應(yīng)力存在于鑄件中,在交變載荷下工作。若殘余應(yīng)力與載荷作用力方向一致,則鑄件內(nèi)外應(yīng)力總和可能超過(guò)材料許用強(qiáng)度極限而破壞,甚至造成重大事故。因此,檢測(cè)鑄件殘余應(yīng)力,研究殘余應(yīng)力產(chǎn)生、發(fā)展過(guò)程,為制定相應(yīng)工藝措施,盡量減小并設(shè)法消除鑄件殘余應(yīng)力,改善鑄件質(zhì)量,有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
學(xué)習(xí)測(cè)定鑄件殘余應(yīng)力的方法,提高對(duì)鑄件殘余應(yīng)力的產(chǎn)生、發(fā)展過(guò)程的感性認(rèn)識(shí)。
二、實(shí)驗(yàn)原理
鑄件在凝固后的繼續(xù)冷卻過(guò)程中,將產(chǎn)生固態(tài)收縮。若鑄件各部分壁厚不同或因工藝等因素,使各部分收縮不一致或收縮受阻礙,則將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力——鑄造應(yīng)力。
鑄造過(guò)程中,由于各種原因,鑄件中產(chǎn)生應(yīng)力幾乎是不可避免的。鑄造應(yīng)力對(duì)鑄件質(zhì)量影響很大,它是鑄件在冷卻過(guò)程中以及在以后的切削加工過(guò)程中或鑄件使用過(guò)程中產(chǎn)生變形和裂紋的根本原因。在腐蝕介質(zhì)中使用的鑄件還會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕。鑄造應(yīng)力按其形成的原因,可以分為機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力兩類(lèi)。
1.機(jī)械應(yīng)力
機(jī)械應(yīng)力也稱(chēng)為收縮應(yīng)力,是鑄件收縮過(guò)程中受到機(jī)械阻礙而形成的應(yīng)力。形成的原因很多,如砂型舂得過(guò)緊、型砂和芯砂的高溫強(qiáng)度太高、退讓性差等。
機(jī)械應(yīng)力一般都是拉應(yīng)力。由于它是在鑄件處于彈性狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力,因而當(dāng)形成應(yīng)力的原因一經(jīng)消除,如落砂、打斷澆冒口系統(tǒng)之后,應(yīng)力也就隨之消失。機(jī)械應(yīng)力是一種臨時(shí)應(yīng)力。
2.熱應(yīng)力
熱應(yīng)力是由于鑄件壁厚不均勻,各部分的冷卻速度不同,以致在同一時(shí)間內(nèi)鑄件各部分的收縮不一致而造成的應(yīng)力。這種應(yīng)力一旦形成,將一直保留到室溫。它是鑄件產(chǎn)生變形、開(kāi)裂的主要原因。所以,設(shè)計(jì)鑄件時(shí),要盡量使各部分的冷卻速度一致,實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固,可減小鑄件的熱應(yīng)力。
三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、器材
ZQY鑄件應(yīng)力動(dòng)態(tài)測(cè)定儀(圖1-9),EX系列臺(tái)式記錄儀,坩堝電阻爐澆注工具,鋁及其合金,熱電偶。
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
測(cè)定ZL203鋁銅合金和ZL102鋁硅合金的殘余應(yīng)力值和應(yīng)力形成發(fā)展過(guò)程(實(shí)驗(yàn)示意圖如圖1-10)。
五、實(shí)驗(yàn)步驟
(1)主機(jī)放平,三個(gè)測(cè)頭與傳感器用螺母連接上緊,不得有松動(dòng)。
(2)自硬砂鑄型置于托架上,型腔與測(cè)頭要配合緊密,防止金屬液流出。
(3)按上面示意圖接好連線(xiàn),傳感器電源電壓6 V 。
(4)調(diào)整臺(tái)式記錄儀,選1、2筆記錄應(yīng)力,量程用5mV擋,零點(diǎn)選在記錄紙中間,3、4筆記錄溫度,量程用50 mV 擋。記錄速度選擇1200 mm / h 。放下記錄筆,打開(kāi)走紙開(kāi)關(guān),檢查記錄是否正常。
(5)上緊機(jī)體兩側(cè)液壓螺栓,使預(yù)壓力在1500 N 以上(壓力表指示)。
(6)打開(kāi)傳感器冷卻水,檢查所有準(zhǔn)備工作是否就緒。
(7)鋁合金過(guò)熱至750℃,用小澆包取出快速澆注(注意,澆注前一定給傳感器通冷水,否則會(huì)燒壞傳感器)。
(8)注意觀(guān)察記錄是否正常以及溫度和應(yīng)力變化情況,傳感器輸出Ⅰ404×86 kg / mV ,Ⅱ403×24kg/mV,Ⅲ409×84kg/mV。
(9)溫度降至120℃、電壓約5 mV ,測(cè)試結(jié)束,關(guān)掉記錄儀,松開(kāi)液壓螺栓,預(yù)壓力減至零,松開(kāi)測(cè)頭連接螺母,取下砂型,清理出鑄件,觀(guān)察有無(wú)缺陷。
(10)清理實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地。填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告( A )。
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