材料成形技術(shù)基礎(chǔ) 第2章2 材料凝固理論

1、2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式一、凝固組織控制一、凝固組織控制1. 鑄件宏觀組織的形成(1) 表面細(xì)晶粒區(qū)(2) 柱狀晶區(qū)(3) 內(nèi)部等軸晶區(qū)2. 晶粒游離說(shuō)晶粒游離說(shuō) 過(guò)冷熔體存活晶核過(guò)冷熔體存活晶核,型壁晶粒脫落、枝晶熔斷和增殖型壁晶粒脫落、枝晶熔斷和增殖,液面晶粒沉積（結(jié)晶雨）。液面晶粒沉積（結(jié)晶雨）。結(jié)晶雨的證明：大野篤結(jié)晶雨的證明：大野篤美的實(shí)驗(yàn)美的實(shí)驗(yàn)2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式晶區(qū)形成機(jī)理晶區(qū)形成機(jī)理表面細(xì)等軸晶區(qū)：型壁激冷作用產(chǎn)生表面細(xì)等軸晶區(qū)：型壁激冷作用產(chǎn)生砂型砂型金屬型金屬型2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合

2、金的凝固方式柱狀晶區(qū)：表面細(xì)等軸晶通過(guò)擇優(yōu)取向長(zhǎng)成柱狀晶區(qū)：表面細(xì)等軸晶通過(guò)擇優(yōu)取向長(zhǎng)成2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式內(nèi)部等軸晶區(qū)：過(guò)冷熔體非自發(fā)形核內(nèi)部等軸晶區(qū)：過(guò)冷熔體非自發(fā)形核,界面前方晶粒游離界面前方晶粒游離,激激冷晶粒游離。冷晶粒游離。2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式3. 凝固組織的控制凝固組織的控制等軸晶的特點(diǎn)：等軸晶的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：雜質(zhì)、缺陷分布分散，性能無(wú)方向性優(yōu)點(diǎn)：雜質(zhì)、缺陷分布分散，性能無(wú)方向性缺點(diǎn)：枝晶發(fā)達(dá)，組織不致密，縮松較多缺點(diǎn)：枝晶發(fā)達(dá)，組織不致密，縮松較多柱狀晶的特點(diǎn)：柱狀晶的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：組織致密，縮松和雜質(zhì)少，性能

3、有方向性，磁性優(yōu)點(diǎn)：組織致密，縮松和雜質(zhì)少，性能有方向性，磁性能好，高溫蠕變性能好能好，高溫蠕變性能好缺點(diǎn)：界面雜質(zhì)多，易開(kāi)裂缺點(diǎn)：界面雜質(zhì)多，易開(kāi)裂2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式（1） 等軸晶組織的獲得和細(xì)化等軸晶組織的獲得和細(xì)化金屬性質(zhì)方面：選擇凝固溫度范圍寬的合金，造成枝晶斷裂、游離選擇溶質(zhì)含量高、平衡分配系數(shù)小的合金，促使晶粒頸縮、熔斷、游離孕育處理，促使大量形核2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式澆注條件方面：低溫澆注，有利于在流道造成枝晶斷裂、游離加強(qiáng)對(duì)型壁的沖刷，增加游離晶中心頂注中心頂注 靠近型壁頂注靠近型壁頂注 靠近型壁雨淋澆注靠

4、近型壁雨淋澆注等軸晶最少等軸晶最少 等軸晶較多等軸晶較多 等軸晶最多等軸晶最多2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式進(jìn)水進(jìn)水出水出水 使用冷凝器以增加金屬液使用冷凝器以增加金屬液游離晶數(shù)量，但應(yīng)減少氣體、游離晶數(shù)量，但應(yīng)減少氣體、夾雜物的帶入量。夾雜物的帶入量。2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式鑄型性質(zhì)和結(jié)構(gòu)方面：對(duì)薄壁件，采用激冷能力強(qiáng)的鑄型對(duì)厚壁件，采用激冷能力較弱的鑄型動(dòng)態(tài)晶粒細(xì)化：振動(dòng)：振動(dòng)鑄型、澆注槽和澆口杯。振動(dòng)源有電磁、機(jī)械和超聲振動(dòng)攪拌：機(jī)械、電磁攪拌旋轉(zhuǎn)震蕩：變速旋轉(zhuǎn)2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式2-7 2-7

5、 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式初生碳化物初生碳化物晶粒度晶粒度2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式細(xì)晶鑄造和普通鑄造渦輪抗拉性能的比較細(xì)晶鑄造和普通鑄造渦輪抗拉性能的比較K418B合金細(xì)晶鑄造合金細(xì)晶鑄造 K418B合金普通鑄造合金普通鑄造2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式細(xì)晶鑄造和普通渦輪低周疲勞性能的比較a) 450 b) 6502-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式孕育處理：孕育處理：孕育處理的目的是造成大量晶核、細(xì)化晶粒。孕育處理的目的是造成大量晶核、細(xì)化晶粒。合理選擇孕育劑合理選擇孕育劑合理確定孕育工藝合理確定孕

6、育工藝2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式（2） 柱狀晶組織的獲得柱狀晶組織的獲得 定向凝固方法，形成有一段向另一端發(fā)展的大的溫度梯度，提供了柱狀晶充分發(fā)展的條件。定向凝固裝置示意定向凝固裝置示意2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式二、凝固方式控制二、凝固方式控制2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式 熱分析法熱分析法 測(cè)量各點(diǎn)溫度測(cè)量各點(diǎn)溫度- -時(shí)間曲線時(shí)間曲線9801 2 3 4 5 62-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式時(shí)間時(shí)間溫度溫度0TL凝固開(kāi)始點(diǎn)凝固開(kāi)始點(diǎn)凝固結(jié)束點(diǎn)凝固結(jié)束點(diǎn)TS2-7 2-7 金屬及合

7、金的凝固方式金屬及合金的凝固方式2. 凝固溫度場(chǎng)凝固溫度場(chǎng)SSS+LS+LLTLTST在鑄件斷面溫度的分布在鑄件斷面溫度的分布某時(shí)刻溫度分布情況某時(shí)刻溫度分布情況問(wèn)題：?jiǎn)栴}：不同時(shí)刻的溫度分布如何表不同時(shí)刻的溫度分布如何表示？能否用一張圖表示清楚？示？能否用一張圖表示清楚？2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式3. 凝固動(dòng)態(tài)曲線凝固動(dòng)態(tài)曲線2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式4. 凝固方式及影響因素凝固方式及影響因素逐層凝固和糊狀凝固逐層凝固和糊狀凝固2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式SSS+LS+LLTLTST逐層凝固逐層凝固糊狀凝

8、固糊狀凝固SSS+LTLTST2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式從四個(gè)方面分析（作業(yè)）從四個(gè)方面分析（作業(yè)）2-7 2-7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式5. 凝固方式與質(zhì)量的關(guān)系凝固方式與質(zhì)量的關(guān)系凝固范圍凝固范圍凝固范圍窄凝固范圍窄凝固范圍寬凝固范圍寬凝固方式逐層凝固糊狀凝固動(dòng)態(tài)圖特點(diǎn)凝固始終點(diǎn)波范圍窄凝固始終點(diǎn)波范圍寬組織特點(diǎn)表面細(xì)等軸晶+柱狀晶（+中心等軸晶）樹(shù)枝發(fā)達(dá)的粗等軸晶缺陷傾向集中縮孔縮松（分散性縮孔）充填性能好差所屬金屬及合金純金屬、共晶成分合金、低碳鋼、鋁青銅、黃銅鋁銅合金、鋁鎂合金、鎂合金、錫青銅、鉛青銅、高碳鋼、球墨鑄鐵、黃銅2-7 2-

9、7 金屬及合金的凝固方式金屬及合金的凝固方式三、三、鑄造生產(chǎn)過(guò)程中的鑄造生產(chǎn)過(guò)程中的凝凝固收縮控制固收縮控制1.1.收縮的基本概念：收縮的基本概念：鑄件在冷卻過(guò)程中體積縮小的現(xiàn)象叫收縮。鑄件收縮可引起鑄件在冷卻過(guò)程中體積縮小的現(xiàn)象叫收縮。鑄件收縮可引起縮孔、縮松、熱裂、應(yīng)力、變形和冷裂?？s孔、縮松、熱裂、應(yīng)力、變形和冷裂。收縮可分為體收縮和線收縮。收縮可分為體收縮和線收縮。體收縮：金屬由液態(tài)到常溫的體積改變量。用體收縮率體收縮：金屬由液態(tài)到常溫的體積改變量。用體收縮率來(lái)表示。來(lái)表示。線收縮：金屬固態(tài)線尺寸改變量。用線收縮率來(lái)表示。線收縮：金屬固態(tài)線尺寸改變量。用線收縮率來(lái)表示。%100)(%1

10、00000lVlVTTVVV%100)(%100000llllTTlll2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 收縮還可分成：液態(tài)收縮、凝固收縮、固態(tài)收縮收縮還可分成：液態(tài)收縮、凝固收縮、固態(tài)收縮鑄造合金的收縮過(guò)程示意鑄造合金的收縮過(guò)程示意nmmn2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 對(duì)逐層凝固的合金：對(duì)逐層凝固的合金：液態(tài)收縮液態(tài)收縮+凝固收縮凝固收縮-固態(tài)收縮是固態(tài)收縮是產(chǎn)生縮孔的基本原因。產(chǎn)生縮孔的基本原因。對(duì)糊狀凝固的合金：對(duì)糊狀凝固的合金：凝固收縮是形成縮松的主要原因。凝固收縮是形成縮松的主要原因。2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 2.2.鑄件的收縮：鑄件的收縮：

11、自由收縮：僅受到金屬表面與鑄型表面摩擦力阻礙自由收縮：僅受到金屬表面與鑄型表面摩擦力阻礙的收縮。的收縮。受阻收縮：受到熱阻力和機(jī)械阻力的收縮。受阻收縮：受到熱阻力和機(jī)械阻力的收縮。2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 3.3.鑄件的縮孔鑄件的縮孔鑄件在凝固過(guò)程中，因合金的液態(tài)和凝固收縮，在鑄鑄件在凝固過(guò)程中，因合金的液態(tài)和凝固收縮，在鑄件最后凝固處形成的容積大而集中的孔洞。件最后凝固處形成的容積大而集中的孔洞。危害：降低強(qiáng)度（減危害：降低強(qiáng)度（減少有效受力面積，產(chǎn)少有效受力面積，產(chǎn)生應(yīng)力集中），導(dǎo)致生應(yīng)力集中），導(dǎo)致承壓鑄件滲漏。承壓鑄件滲漏。2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用

12、縮孔的形成：縮孔的形成：2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 影響縮孔體積的因素：影響縮孔體積的因素：合金的液態(tài)收縮大合金的液態(tài)收縮大 縮孔體積大縮孔體積大合金的固態(tài)收縮大合金的固態(tài)收縮大 縮孔體積大縮孔體積大澆注速度慢澆注速度慢 縮孔體積小縮孔體積小鑄型激冷能力大鑄型激冷能力大 縮孔體積小縮孔體積小鑄件厚鑄件厚 縮孔體積大縮孔體積大澆注溫度高澆注溫度高 縮孔體積大縮孔體積大熱導(dǎo)率、凝固溫度范圍大熱導(dǎo)率、凝固溫度范圍大 縮孔體積小縮孔體積小鑄型剛度大鑄型剛度大 縮孔體積小縮孔體積小2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 縮孔位置的確定：縮孔位置的確定：a）凝固等溫線法）凝固等溫線法2

13、-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 冷鐵冷鐵冷鐵冷鐵2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 b） 內(nèi)切圓法內(nèi)切圓法2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 c）計(jì)算機(jī)凝固過(guò)程預(yù)測(cè)法）計(jì)算機(jī)凝固過(guò)程預(yù)測(cè)法2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 4.4.鑄件的縮松鑄件的縮松 縮松是鑄件最后凝固的區(qū)域沒(méi)能得到液態(tài)合金的補(bǔ)縮縮松是鑄件最后凝固的區(qū)域沒(méi)能得到液態(tài)合金的補(bǔ)縮造成的分散、細(xì)小的縮孔。造成的分散、細(xì)小的縮孔。 根據(jù)的分布形態(tài)，縮松分為宏觀縮松和微觀縮松兩類(lèi)根據(jù)的分布形態(tài)，縮松分為宏觀縮松和微觀縮松兩類(lèi) 宏觀縮松：指用肉眼或放大鏡可以看到的細(xì)小孔洞。宏觀縮松：指用肉眼或放大鏡可以

14、看到的細(xì)小孔洞。宏觀縮松通常出現(xiàn)在縮孔的下方。宏觀縮松通常出現(xiàn)在縮孔的下方。 微縮縮松：是指分布在枝晶間的微小孔洞，在顯微鏡微縮縮松：是指分布在枝晶間的微小孔洞，在顯微鏡下才能看到。這種縮松的分布面更大，甚至遍及鑄件下才能看到。這種縮松的分布面更大，甚至遍及鑄件整個(gè)截面，也很難完全避免。對(duì)于一般鑄件也不作為整個(gè)截面，也很難完全避免。對(duì)于一般鑄件也不作為缺陷對(duì)待，除非一些對(duì)致密性和力學(xué)性能要求很高的缺陷對(duì)待，除非一些對(duì)致密性和力學(xué)性能要求很高的鑄件。鑄件。2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 傾向于逐層凝固的合金，傾向于逐層凝固的合金，如純金屬、共晶成分的合金如純金屬、共晶成分的合金或結(jié)晶

15、溫度范圍窄的合金，或結(jié)晶溫度范圍窄的合金，形成縮孔的傾向大，不易形形成縮孔的傾向大，不易形成縮松；而另一些傾向于糊成縮松；而另一些傾向于糊狀凝固的合金如結(jié)晶溫度范狀凝固的合金如結(jié)晶溫度范圍寬的合金，產(chǎn)生縮孔的傾圍寬的合金，產(chǎn)生縮孔的傾向小，卻極易產(chǎn)生縮松。因向小，卻極易產(chǎn)生縮松。因此，縮孔和縮松可在一定范此，縮孔和縮松可在一定范圍內(nèi)互相轉(zhuǎn)化。圍內(nèi)互相轉(zhuǎn)化。 2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 5. 防止鑄件產(chǎn)生縮孔縮松的途徑：防止鑄件產(chǎn)生縮孔縮松的途徑： 順序凝固和同時(shí)凝固順序凝固和同時(shí)凝固a) 順序凝固：鑄件上遠(yuǎn)離冒口或澆口的部分到澆口或冒

16、口順序凝固：鑄件上遠(yuǎn)離冒口或澆口的部分到澆口或冒口之間建立遞增的溫度梯度，合金由遠(yuǎn)到近，按順序凝固之間建立遞增的溫度梯度，合金由遠(yuǎn)到近，按順序凝固的方法的方法 優(yōu)點(diǎn)：能較好發(fā)揮冒口優(yōu)點(diǎn)：能較好發(fā)揮冒口的補(bǔ)縮作用的補(bǔ)縮作用 缺點(diǎn)：易發(fā)生熱裂、應(yīng)缺點(diǎn)：易發(fā)生熱裂、應(yīng)力和變形，加冒口、冷鐵力和變形，加冒口、冷鐵或補(bǔ)貼，使工藝較復(fù)雜或補(bǔ)貼，使工藝較復(fù)雜2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 同時(shí)凝固：鑄件各部分溫差很小，幾乎同時(shí)發(fā)生凝固同時(shí)凝固：鑄件各部分溫差很小，幾乎同時(shí)發(fā)生凝固 優(yōu)點(diǎn)：熱裂、應(yīng)力和變形趨勢(shì)小，工藝出品率高，勞優(yōu)點(diǎn)：熱裂、應(yīng)力和變形趨勢(shì)小，工藝出品率高，勞動(dòng)量小動(dòng)量小 缺點(diǎn)：鑄件

17、中心易出現(xiàn)縮松，鑄件不致密缺點(diǎn)：鑄件中心易出現(xiàn)縮松，鑄件不致密溫度溫度距澆口距離距澆口距離02-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 b）防止縮孔、縮松的工藝措施）防止縮孔、縮松的工藝措施合理確定澆注系統(tǒng)及澆注工藝合理確定澆注系統(tǒng)及澆注工藝澆口從鑄件厚壁處引入以加強(qiáng)順序凝固的趨勢(shì)。澆口從鑄件厚壁處引入以加強(qiáng)順序凝固的趨勢(shì)。澆口盡可能靠近冒口或使金屬液通過(guò)冒口再進(jìn)入鑄澆口盡可能靠近冒口或使金屬液通過(guò)冒口再進(jìn)入鑄件。件。澆注位置要適當(dāng)（頂注、底注、中注式）。澆注位置要適當(dāng)（頂注、底注、中注式）。采用回轉(zhuǎn)鑄型澆注方法。采用回轉(zhuǎn)鑄型澆注方法。合理選擇澆注溫度和澆注速度。合理選擇澆注溫度和澆注速度。2

18、-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 12慢澆慢澆3快澆快澆412慢澆慢澆3快澆快澆4溫度溫度高度高度0冒口冒口鑄件鑄件澆注位置對(duì)縮孔、縮松的影響澆注位置對(duì)縮孔、縮松的影響2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 澆注位置澆注位置凝固位置凝固位置回轉(zhuǎn)鑄型法示意圖回轉(zhuǎn)鑄型法示意圖2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 應(yīng)用冒口應(yīng)用冒口其作用：補(bǔ)縮、出氣、浮渣、觀察其作用：補(bǔ)縮、出氣、浮渣、觀察冒口冒口鑄件型腔鑄件型腔2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 應(yīng)用補(bǔ)貼應(yīng)用補(bǔ)貼造成一定的溫度梯度，形成順序凝固趨勢(shì)造成一定的溫度梯度，形成順序凝固趨勢(shì)2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)

19、用 應(yīng)用激冷物應(yīng)用激冷物4與冒口配合，加強(qiáng)與冒口配合，加強(qiáng)順序凝固趨勢(shì)。順序凝固趨勢(shì)。4局部加快熱節(jié)冷卻局部加快熱節(jié)冷卻速度。速度。4細(xì)化基體組織。細(xì)化基體組織。冒口冒口2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 四、四、鑄造生產(chǎn)過(guò)程中鑄造生產(chǎn)過(guò)程中凝固應(yīng)力控制凝固應(yīng)力控制1.1.鑄造應(yīng)力及其分類(lèi)：鑄造應(yīng)力及其分類(lèi)：鑄造應(yīng)力：鑄件在凝固過(guò)程中，因發(fā)生冷卻或膨脹，產(chǎn)生體鑄造應(yīng)力：鑄件在凝固過(guò)程中，因發(fā)生冷卻或膨脹，產(chǎn)生體積或尺寸變化而產(chǎn)生的應(yīng)力。積或尺寸變化而產(chǎn)生的應(yīng)力。2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 鑄造應(yīng)力的分類(lèi)：鑄造應(yīng)力的分類(lèi)： 熱應(yīng)力熱應(yīng)力 相變應(yīng)力相變應(yīng)力 機(jī)械阻礙應(yīng)力機(jī)械

20、阻礙應(yīng)力 臨時(shí)應(yīng)力臨時(shí)應(yīng)力 殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力按應(yīng)力形成的原因分類(lèi)：按應(yīng)力形成的原因分類(lèi)：按應(yīng)力存在時(shí)間長(zhǎng)短分類(lèi)：按應(yīng)力存在時(shí)間長(zhǎng)短分類(lèi)：2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 按應(yīng)力形成原因分類(lèi)：按應(yīng)力形成原因分類(lèi)：熱應(yīng)力熱應(yīng)力 鑄件在冷卻過(guò)程中，由于各部分冷鑄件在冷卻過(guò)程中，由于各部分冷卻速度不一致，造成收縮量不一致，卻速度不一致，造成收縮量不一致，彼此制約的結(jié)果，所形成的應(yīng)力。彼此制約的結(jié)果，所形成的應(yīng)力。相變應(yīng)力相變應(yīng)力 鑄件冷卻過(guò)程中發(fā)生固態(tài)相變的鑄件冷卻過(guò)程中發(fā)生固態(tài)相變的時(shí)間不一致，體積和長(zhǎng)度變化的時(shí)間時(shí)間不一致，體積和長(zhǎng)度變化的時(shí)間也不一致，彼此制約，形成的應(yīng)力。也不一致，彼

21、此制約，形成的應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力 鑄件冷卻收縮過(guò)程中，線收縮受鑄件冷卻收縮過(guò)程中，線收縮受到機(jī)械阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。到機(jī)械阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 按應(yīng)力存在的時(shí)間分類(lèi)：按應(yīng)力存在的時(shí)間分類(lèi)：臨時(shí)應(yīng)力臨時(shí)應(yīng)力 - - 在產(chǎn)生的應(yīng)力原因被消除后，在產(chǎn)生的應(yīng)力原因被消除后，即消失的應(yīng)力。這類(lèi)應(yīng)力有機(jī)即消失的應(yīng)力。這類(lèi)應(yīng)力有機(jī)械阻礙應(yīng)力。械阻礙應(yīng)力。殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力 - - 產(chǎn)生應(yīng)力的原因消除后，仍殘產(chǎn)生應(yīng)力的原因消除后，仍殘留下來(lái)的應(yīng)力。這類(lèi)應(yīng)力有熱留下來(lái)的應(yīng)力。這類(lèi)應(yīng)力有熱應(yīng)力和相變應(yīng)力。應(yīng)力和相變應(yīng)力。2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 2.2.鑄

22、造應(yīng)力對(duì)鑄件質(zhì)量的影響鑄造應(yīng)力對(duì)鑄件質(zhì)量的影響 危害：危害：殘余應(yīng)力方向與零件工作應(yīng)力方向一致，導(dǎo)致正常工殘余應(yīng)力方向與零件工作應(yīng)力方向一致，導(dǎo)致正常工作條件下產(chǎn)生裂紋，甚至斷裂。作條件下產(chǎn)生裂紋，甚至斷裂。2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 殘余應(yīng)力超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度，導(dǎo)致零件變形，殘余應(yīng)力超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度，導(dǎo)致零件變形，而成為廢品。而成為廢品。 f Y02-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 殘余應(yīng)力超過(guò)材料的斷裂強(qiáng)度，使零件在鑄殘余應(yīng)力超過(guò)材料的斷裂強(qiáng)度，使零件在鑄造后直接斷裂，成為廢品。造后直接斷裂，成為廢品。2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 殘余應(yīng)力作用于工作

23、在腐蝕介質(zhì)中的零件，導(dǎo)殘余應(yīng)力作用于工作在腐蝕介質(zhì)中的零件，導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕。致應(yīng)力腐蝕。2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 殘余壓應(yīng)力可減小零件工作時(shí)的殘余壓應(yīng)力可減小零件工作時(shí)的拉應(yīng)力產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，增加兩個(gè)鑄件間拉應(yīng)力產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，增加兩個(gè)鑄件間的配合強(qiáng)度。的配合強(qiáng)度。2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 3. 3. 鑄造應(yīng)力分析鑄造應(yīng)力分析a a）熱應(yīng)力的形成：）熱應(yīng)力的形成： 以厚薄桿為例進(jìn)行分析。以厚薄桿為例進(jìn)行分析。假設(shè)條件：假設(shè)條件： 桿的起始冷卻溫度為桿的起始冷卻溫度為T(mén) Ti i，最后冷卻溫度為，最后冷卻溫度為T(mén) Te e= =00 桿冷卻過(guò)程無(wú)相變，無(wú)機(jī)

24、械阻礙桿冷卻過(guò)程無(wú)相變，無(wú)機(jī)械阻礙 彈塑性轉(zhuǎn)變臨界溫度為彈塑性轉(zhuǎn)變臨界溫度為T(mén) Tk k 桿桿I I、IIII間無(wú)熱交換間無(wú)熱交換III2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 熱應(yīng)力形成機(jī)理圖解熱應(yīng)力形成機(jī)理圖解 “厚拉薄壓厚拉薄壓”原則原則ITkTTi0IIIIITITII塑性狀態(tài)塑性狀態(tài)彈性狀態(tài)彈性狀態(tài) 1 2 3III 0ll3=10IIIIIII II實(shí)際長(zhǎng)度實(shí)際長(zhǎng)度2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 b b）相變應(yīng)力的形成：）相變應(yīng)力的形成： 相變應(yīng)力可以是臨時(shí)應(yīng)力，也可以是殘余應(yīng)力。有殘相變應(yīng)力可以是臨時(shí)應(yīng)力，也可以是殘余應(yīng)力。有殘余相變應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力方向與熱應(yīng)力方向相反

25、。（為什么？）余相變應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力方向與熱應(yīng)力方向相反。（為什么？） 合金相變溫度低于臨界溫度合金相變溫度低于臨界溫度T Tk k時(shí)，才有可能產(chǎn)生相變時(shí)，才有可能產(chǎn)生相變應(yīng)力。應(yīng)力。 熱應(yīng)力熱應(yīng)力相變應(yīng)力相變應(yīng)力2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 c c）機(jī)械阻礙應(yīng)力的形成：）機(jī)械阻礙應(yīng)力的形成： 機(jī)械阻礙應(yīng)力屬于臨時(shí)應(yīng)力。機(jī)械阻礙應(yīng)力屬于臨時(shí)應(yīng)力。 機(jī)械阻礙應(yīng)力與熱應(yīng)力方向是相同的，易于使鑄件發(fā)機(jī)械阻礙應(yīng)力與熱應(yīng)力方向是相同的，易于使鑄件發(fā)生冷裂缺陷。生冷裂缺陷。收縮方向收縮方向收縮方向收縮方向2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 三類(lèi)應(yīng)力作用方向表三類(lèi)應(yīng)力作用方向表鑄件部位鑄件部位熱應(yīng)力熱應(yīng)力相變應(yīng)力相變應(yīng)力機(jī)械阻礙應(yīng)力機(jī)械阻礙應(yīng)力薄處（外部）薄處（外部）-+厚處（內(nèi)部）厚處（內(nèi)部）+-+各種鑄造應(yīng)力作用方向各種鑄造應(yīng)力作用方向2-82-8 凝固成形的應(yīng)用凝固成形的應(yīng)用 4.4.減少和消除殘留應(yīng)力的方法減少和消除殘留應(yīng)力的方法減小鑄件冷卻過(guò)程中各部分的溫差減小鑄件冷卻過(guò)程中各部分的溫差 在鑄件厚壁部分放置冷鐵或蓄熱系數(shù)大的型砂在鑄件厚壁