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

鑄造應力對鑄件質量影響很大。若鑄件總應力值超過合金屈服極限,將引起鑄件變形,降低鑄件尺寸精度。總應力值超過合金強度極限,鑄件將產生冷裂,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,研究殘余應力產生、發展過程,為制定相應工藝措施,盡量減小并設法消除鑄件殘余應力,改善鑄件質量,有很重要的現實意義。

一、實驗目的

學習測定鑄件殘余應力的方法,提高對鑄件殘余應力的產生、發展過程的感性認識。

二、實驗原理

鑄件在凝固后的繼續冷卻過程中,將產生固態收縮。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,則將產生內應力——鑄造應力。

鑄造過程中,由于各種原因,鑄件中產生應力幾乎是不可避免的。鑄造應力對鑄件質量影響很大,它是鑄件在冷卻過程中以及在以后的切削加工過程中或鑄件使用過程中產生變形和裂紋的根本原因。在腐蝕介質中使用的鑄件還會導致應力腐蝕。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。

1、機械應力

機械應力也稱為收縮應力,是鑄件收縮過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時產生的應力,因而當形成應力的原因一經消除,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。它是鑄件產生變形、開裂的主要原因。所以,設計鑄件時,要盡量使各部分的冷卻速度一致,實現同時凝固,可減小鑄件的熱應力。

三、實驗設備、器材

ZQY鑄件應力動態測定儀(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展過程(實驗示意圖如圖1-10)。

五、實驗步驟

(1)主機放平,三個測頭與傳感器用螺母連接上緊,不得有松動。

(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,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,打開走紙開關,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)打開傳感器冷卻水,檢查所有準備工作是否就緒。

(7)鋁合金過熱至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,否則會燒壞傳感器)。

(8)注意觀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,關掉記錄儀,松開液壓螺栓,預壓力減至零,松開測頭連接螺母,取下砂型,清理出鑄件,觀察有無缺陷。

(10)清理實驗場地。填寫實驗報告( A )。