鑄造應力是鑄件冷卻進(jìn)入彈性區域以后,由于收縮(或膨脹)受到阻力而形成的內應力。

鑄造應力對鑄件質(zhì)量影響很大。若鑄件總應力值超過(guò)合金屈服極限,將引起鑄件變形,降低鑄件尺寸精度?？倯χ党^(guò)合金強度極限,鑄件將產(chǎn)生冷裂,導致報廢。殘余應力存在于鑄件中,在交變載荷下工作。若殘余應力與載荷作用力方向一致,則鑄件內外應力總和可能超過(guò)材料許用強度極限而破壞,甚至造成重大事故。因此,檢測鑄件殘余應力,研究殘余應力產(chǎn)生、發(fā)展過(guò)程,為制定相應工藝措施,盡量減小并設法消除鑄件殘余應力,改善鑄件質(zhì)量,有很重要的現實(shí)意義。

一、實(shí)驗目的

學(xué)習測定鑄件殘余應力的方法,提高對鑄件殘余應力的產(chǎn)生、發(fā)展過(guò)程的感性認識。

二、實(shí)驗原理

鑄件在凝固后的繼續冷卻過(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)生內應力——鑄造應力。

鑄造過(guò)程中,由于各種原因,鑄件中產(chǎn)生應力幾乎是不可避免的。鑄造應力對鑄件質(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 )導致應力腐蝕。鑄造應力按其形成的原因,可以分為機械應力和熱應力兩類(lèi)。

1、機械應力

機械應力也稱(chēng)為收縮應力,是鑄件收縮過(guò)程中受到機械阻礙而形成的應力。形成的原因很多,如砂型舂得過(guò)緊、型砂和芯砂的高溫強度太高、退讓性差等。

機械應力一般都是拉應力。由于它是在鑄件處于彈性狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的應力,因而當形成應力的原因一經(jīng)消除,如落砂、打斷澆冒口系統之后,應力也就隨之消失。機械應力是一種臨時(shí)應力。

2、熱應力

熱應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)間內鑄件各部分的收縮不一致而造成的應力。這種應力一旦形成,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,設計鑄件時(shí),要盡量使各部分的冷卻速度一致,實(shí)現同時(shí)凝固,可減小鑄件的熱應力。

三、實(shí)驗設備、器材

ZQY鑄件應力動(dòng)態(tài)測定儀(圖1-9),EX系列臺式記錄儀,坩堝電阻爐澆注工具,鋁及其合金,熱電偶。

四、實(shí)驗內容

測定ZL203鋁銅合金和ZL102鋁硅合金的殘余應力值和應力形成發(fā)展過(guò)程(實(shí)驗示意圖如圖1-10)。

五、實(shí)驗步驟

(1)主機放平,三個(gè)測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)調整臺式記錄儀,選1、2筆記錄應力,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)上緊機體兩側液壓螺栓,使預壓力在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 ,測試結束,關(guān)掉記錄儀,松開(kāi)液壓螺栓,預壓力減至零,松開(kāi)測頭連接螺母,取下砂型,清理出鑄件,觀(guān)察有無(wú)缺陷。

(10)清理實(shí)驗場(chǎng)地。填寫(xiě)實(shí)驗報告( A )。