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怎样消除铸件内应力?

更新时间:2022-09-25 15:03:01   来源:华体会体育投注  点击数:24


  铸件在凝结和冷却过程中,因为缩短受阻,各部位冷却速度不同以及安排改动引起 体积改动等原因,不可避免的会在铸件内发生内应力。铸件内应力会使铸件在寄存、后 序加工及使用过程中发生裂纹或变形,下降铸件的尺度精度和使用性能,乃至使铸件作废。因而,关于有较大铸造残留应力的铸件,尤其是形状杂乱的大型铸件,应在机械加工 前进行消除内应力处理。铸件在焊补时也会发生内应力,因而,焊补后的铸件也应进行 消除内应力处理。

  最常选用的铸件消除内应力处理办法是天然时效和人工时效。天然时效是将铸件 平稳地放置在空地上,一般放置6-18个月,最好通过夏日和冬天。大型铸铁件,如床 身,机架等一般选用这种时效办法。天然时效安稳铸件尺度的效果比人工时效好,但周 期长,因而中小铸件、乃至大铸件一般都选用人工时效办法来消除内应力。人工时效通 常指对铸件进行消除内应力回火,行将铸件加热到塑性变形温度规模坚持一段时刻,使 铸件各部位温度均匀化,然后开释铸件内应力,使铸件尺度趋于安稳,然后使铸件在炉内 缓慢冷却到弹性变形温度规模后出炉空冷。此外,振荡时效作为一种消除铸件内应力的 新工艺,因为其能耗和处理本钱较低,且在消除内应力及确保铸件尺度安稳性方面效果 显着,也越来越遭到重视。

  时效温度依据铸铁件的力学性能要求和或许发生的石墨化倾历来挑选,一般低于 Ac1。一般灰铸铁的渗碳体分化和粒化开端温度是550℃,参加安稳渗碳体的合金元素可使该温度进步。图 11-5-2是人工时效温度与一般灰铸铁的残留应力和变形削减程度 的联系,图11-5-3是人工时效温度与一般灰铸铁力学性能的联系。

  图11-5-4和图11-5-5分别为低合金灰铸铁和高合金灰铸铁人工时效温度与残留应力的联系曲线。

  从以上各图能够看出,一般灰铸铁时效温度以550℃为宜,时效温度超越570℃时, 会使渗碳体分化和粒化而导致灰铸铁力学性能急剧下降。含有Cr、Mo、Mn、V 等安稳碳化物元素的低合金灰铸铁,如低镍铬合金铸铁的时效温度可进步到600℃;高合金灰铸铁,如 Ni-Cu-Cr合 金铸铁的时效温度可进步到650℃时,时效处理效果较为抱负。时效时刻t取决于时效温度及铸件的壁厚、概括尺度和杂乱程度。一般按下式核算:

  t`的长短取决于时效温度、铸件结构杂乱程度及消除内应力的具体要求。形状杂乱和要求内应力消除完全的铸件,可选取较大值。铸件内应力的消除在开端保温的前2-3h效果最显着,今后逐步削弱。时效处理时,铸件一般宜在300℃以下装炉,结构杂乱和 截面相差悬殊的铸件及导热性差的高合金铸件,装炉温度不得高于100℃。时效处理时的升温速度应依据铸件的分量和结构杂乱程度来确认。大铸件、形状杂乱的铸件及高合金铸件的升温速度应小于60℃/h;一般铸件应小于120℃/h。升温速度 过快,有或许导致结构杂乱铸件发生热处理裂纹。铸件在人工时效保温阶段后的冷却速度有必要缓慢,避免在铸件中发生二次内应力。结构杂乱和消除应力要求高的铸件应以小于30℃/h 的冷却速度随炉冷却到100℃以下后再出炉空冷;一般铸件能够以小于80℃/h 的冷却速度随炉冷却到200℃以下出炉空 冷。表11-5-1 为一些铸造厂实践选用的灰铸铁件人工时效热处理标准。

  二、白口铸铁件消除内应力退火合金元素含量高的高合金白口铸铁,尤其是高硅铸铁和高铬铸铁,因为热导率低和 线缩短率大,铸件在凝结冷却后有较大的残留应力,如不及时退火予以消除,极易在放 置、运送、加工和使用过程中自行开裂,所以有必要进行人工时效。高合金白口铸铁的人工时效工艺,一般是以20-100℃/h 的加热速度使铸件升温到800-900℃,保温一段时刻后以20-50℃ 的冷却速度随炉缓慢冷却到100-150℃以下出炉。形状杂乱和导热性极差的铸件,加热速度和冷却速度取下限;一般铸件的加热 速度和冷却速度取上限。保温时刻t=δ/25(h),式中δ为铸件厚度(mm)。以下是实践出产中选用的高硅耐酸铸铁件和高铬铸铁件的人工时效标准。1. 高硅铸铁件(ω(C)=0.3%-0.8% , ω(Si)=14.5%、ω(Mn)=0.3%-0.8%、ω(S)≤0.07%、ω(P)≤0.1%)。简略的中、小铸件以100℃/h 的加热速度缓慢升温至 850℃-900℃,保温1-2h后以30-50℃/h 的冷却速度随炉缓慢冷却;形状较杂乱的铸件,应在凝结后冷却至700℃左右时即出型送入已预热到该温度的退火炉中,然后升温至780-850℃,保温2-4h后以30-50℃/h 的冷却速度随炉缓慢冷却。

  三、球墨铸铁件消除内应力时效处理球墨铸铁弹性模量较高且对凝结冷却速度十分灵敏,其铸件内应力一般比灰铸铁件高1-2倍,与白口铸铁附近。因而,对形状杂乱、壁厚差较大的球墨铸铁件,即便无特别 的热处理要求,一般也应进行消除内应力的低温时效处理。球墨铸铁件的应力松懈倾向 比灰铸铁小,且与其基体安排有关,其低温时效回火的工艺关键是:将铸件加热到Ac1以 下温度保温一段时刻后随炉缓慢冷却到弹性温度规模,于200-250℃出炉空冷。但现在 国内铸造厂家多选用铸态球墨铸铁工艺出产球墨铸铁件,对这类球墨铸铁件一般不需要 进行消除内应力的低温时效回火处理。表11-5-2所示为球墨铸铁件时效处理温度与内应力的联系。

  由表11-5-2 可见,时效温度越高,铸件的内应力消除得就越完全。国内铸造厂一般将铁素体球墨铸铁件的时效温度控制在600-650℃关于铁素体+珠光体基体的球墨铸铁件,因为珠光体中的共析渗碳体有或许在600℃以上开端粒化和石墨化,因而一般将 其时效温度控制在550-600℃。图11-5-6是出产中遍及选用的球墨铸铁件时效处理工艺曲线。

  对形状特别杂乱的铸件,可适当延伸保温时刻。按此工艺对球墨铸铁件进行时效处 理,可消除铸件中90%-95%的铸造残留应力。第二节 铸钢件内应力的消除一、铸钢件消除内应力回火铸钢件消除内应力回火工艺曲线。

  第三节 非铁合金铸件内应力的消除一、铝合金铸件内应力的消除1. 回火:将铸件缓慢加热至290-310℃,保温2-4h,出炉空冷或随炉冷却。2.严寒处理:关于尺度安稳性要求较高的铸件,可将铸态或固溶处理后的铸件置于冷处理炉中,冷却至-50~-70℃或更低的温度,坚持2-4h,出炉后在空气或热水中加热到室温,或进炉加热到挨近人工时效温度。

  3.循环热处理:关于尺度安稳性要求更高的铸件,可将铸件冷却至-50~-70℃,保 持2-4h,然后加热到200℃左右坚持必定时刻,如此重复进行屡次冷却和加热。铸件的 冷却温度、加热温度、坚持时刻以及重复冷却和加热的次数,应依据铸件的结构杂乱程度 及对残留应力的要求予以确认。

  二、铜合金铸件内应力的消除铜合金铸件一般选用时效处理来消除内应力。1. 锡青铜铸件:加热至650℃,保温 2-3h,随炉冷却至室温或随炉冷却至 300℃出炉空冷。

  2. 磷青铜铸件:加热至 500-600℃,保温1-2h,随炉冷却至室温或随炉冷却至300℃出炉空冷。

  3. 黄铜铸件:α黄铜铸件加热至500-600℃保温1-2h,(α+β)黄铜铸件加热至600-700℃保温1-2h,随炉冷却至室温或随炉冷却至300℃出炉空冷。

  一、振荡时效参数1. 振荡频率的确认:过高的振荡频率会在出产现场发生令人无法忍受的的噪声。一 般选用悬臂夹持式,共振频率为33.2Hz,噪声较小。振荡工件固有频率

  从上式可见,在铸件的刚度(EjI)、结构、质量确认后,可通过边界条件来改动铸件的 固有频率。边界条件系数an 与铸件夹持条件的联系见表11-5-3。

  为了下降噪声,规划了在作业台上夹持的噪声很小的ZSJ-1 型激振机,每班次可在 作业台上对 14-18个铸件进行振荡时效,振荡频率为30Hz左右,电流为2A,电压为150V,夹住一头各振 15min。2.振荡时效的电流监测和内讧实验:振荡时效处理时,振荡源的电动机电流要比振 动前低0.2-0.3A,但电流下降至安稳值后,持续振荡时电流就不再下降,与此同时,铸件的共振峰发生偏移和变陡,形状变尖。共振峰变陡是由铸件经振荡时效后内讧下降所引起的。为此,用衰减法测试了铸件在振荡时效处理前后的固有频率和内讧Q-1的变 化。实验证明,振荡时效处理后,铸件内牦Q-1有所下降,其值可按下式核算:

  二、振荡时效机理1. 振荡使铸件的内应力趋于平衡:铸件的内应力是形成变形的主要原因,只要消除内应力才干有效地阻止铸件变形,将其约束在最小的规模内。但实验标明,振荡时效并不能大幅度地下降铸件的内应力,更不能使铸件的内应力降到零,有的铸件在振荡时效 后内应力只下降了20%-30%,但铸件的尺度安稳性杰出。或许的解说是:铸件的内应 力是不均衡的,正是这种不均衡的应力导致了铸件的全体变形。振荡能够使铸件的内应 力趋于均匀,促进铸件的尺度趋于安稳。振荡时效铸件与热时效铸件内应力的均匀性比 较见表11-5-5。由表可见,振荡时效铸件比热时效铸件具有更好的应力均匀性。2. 振荡进步了铸件的抗变形才能:铸件的内应力分为两种,一种是在含有很多晶体的微观规模内的微观应力,另一种是存在于晶体内部和晶界等微区内的微观应力。机械振荡既使铸件内的晶体发生滑移,使微观应力得到松驰而部分下降。又在晶体内发生滑 移和使晶界发生畸变,进步了金属发生变形的能阈,然后进步了铸件的尺度安稳性。

  3. 振荡使铸件内的位错沿晶界发生滑移:实验标明,金属材料在重复遭到低于其弹性极限的应力(即便是很小的应力)效果时,其内部会发生位错滑移。将铸件长时刻放在室外进行天然时效,便是使用温度的天然改动(一天冷热循环一次),使铸件在屡次重复 的胀大和缩短应力效果下,使晶体内部或晶界间的位错发生微观滑移,然后使铸件内的 应力得到松懈并趋于均匀。热处理消除应力是以进步铸件的温度来加快原子的振荡,使 位错发生滑移,它使金属的微观应力得到松懈,削减了微观应力。当振荡到达必定程度 时,此种滑移可因为位错的互相交截、牵连而相对中止,使固定位错添加,可逆位错削减, 使晶界间的微观应力增大,位错难以持续滑移,然后进步了铸件的抗变形才能和尺度稳 定性。位错从滑移到固定很或许也是振荡时效时振荡源的电动机电流下降和铸件内讧 削减的主要原因。

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