金属结晶与组织控制

第九章

铸造应力(casting stress)：金属在凝固和冷却过程中体积变化受到外界或其本身的制约，变形受阻，而产生的应力。

一．铸造应力的分类

A. 按应力形成的原因分：

（1）热应力(thermal stress)：铸件各部分厚薄不同，在凝固和其后的冷却过程中，冷却速度不同，造成同一时刻各部分收缩量不一致，铸件各部分彼此制约，产生的应力。

（2）相变应力(phase transformation stress)：固态发生相变的合金，由于铸件各部分冷却条件不同，它们到达相变温度的时刻不同，且相变的程度也不同而产生的应力。

（3）机械阻碍应力(mechanism hindered stress)：铸件收缩受到铸型、型芯、箱挡和芯骨等机械阻碍所产生的应力。

B. 按应力存在的时间分：

（1）临时应力(temporary stress)：产生应力的原因消失，应力便消失。

（2）残余应力(residual stress)：产生应力的原因消除后，仍然存在的应力。

二．应力的危害

铸造应力和铸件的变形对铸件质量的危害很大。铸造应力是铸件在生产、存放、加工以及使用过程中产生变形和裂纹的主要原因，它降低铸件的使用性能

三．影响铸造应力的因素

铸件在凝固和冷却过程中，所受的应力为热应力、相变应力和机械阻碍应力的代数和。此应力值大于金属在该温度下的强度，铸件就会产生裂纹。

1.金属性质对铸造应力的影响

（1）金属的弹性模量越大，铸件中的残余应力就越大。

（2）铸件的残余应力与合金的自由线收缩系数成正比

(3) 合金的导热系数直接影响铸件厚薄两部分的温差值。合金钢比碳钢具有较低的导热性能，因此在其它条件相同时，合金钢具有较大的残余应力。

相变对残余应力的影响表现在以下两个方面：

a) 相变引起比容的变化；

b) 相变热效应改变铸件各部分的温度分布。

2.铸型性质对铸造应力的影响

（1）铸型蓄热系数越大，铸件的冷却速度越大，铸件内外的温差就越大，产生的应力则越大。金属型比砂型容易在铸件中引起更大的残余应力。

3.浇注温度对铸造应力的影响

（1）提高浇注温度，相当于提高铸型的温度，延缓了铸件的冷却速度，使铸件各部分温度趋于均匀，因而可以减小残余应力。

4.铸件结构对铸造应力的影响

铸件壁厚差越大，冷却时厚薄壁温差就越大，引起的热应力则越大。

四．减小应力的途径

减小铸造应力的主要途径是针对铸件的结构特点在制定铸造工艺时，尽可能地减小铸件在冷却过程中各部分的温差，提高铸型和型芯的退让性，减小机械阻碍。可采用以下