铸造应力的分类
材料成形技术基础（问答题答案整理）
材料成形技术基础（问答题答案整理）第二章铸造成形问答题：合金的流动性（充型能力）取决于哪些因素？提高液态金属充型能力一般采用哪些方法？答：因素及提高的方法：（1）金属的流动性：尽量采用共晶成分的合金或结晶温度范围较小的合金，提高金属液的品质；（2）铸型性质：较小铸型与金属液的温差；（3）浇注条件：合理确定浇注温度、浇注速度和充型压头，合理设置浇注系统；（4）铸件结构：改进不合理的浇注结构。
影响合金收缩的因素有哪些？答：金属自身的化学成分，结晶温度，金属相变，外界阻力（铸型表面的摩擦阻力、热阻力、机械阻力）分别说出铸造应力有哪几类？答：（1）热应力（由于壁厚不均、冷却速度不同、收缩量不同）（2）相变应力（固态相变、比容变化）（3）机械阻碍应力铸件成分偏析分为几类？产生的原因是什么？答：铸件成分偏析的分类：（1）微观偏析晶内偏析：产生于具有结晶温度范围能形成固溶体的合金内。
（因为不平衡结晶）晶界偏析：（原因：(两个晶粒相对生长，相互接近、相遇；(晶界位置与晶粒生长方向平行。
）（2）宏观偏析正偏析（因为铸型强烈地定向散热，在进行凝固的合金内形成一个温度梯度）逆偏析产生偏析的原因：结晶速度大于溶质扩散的速度铸件气孔有哪几种？答：侵入气孔、析出气孔、反应气孔如何区分铸件裂纹的性质（热裂纹和冷裂纹）？答：热裂纹：裂缝短，缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化颜色冷裂纹：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。
七：什么是封闭式浇注系统？什么是开放式浇注系统？他们各组元横截面尺寸的关系如何？答：封闭式浇注系统：从浇口杯底孔到内浇道的截面逐渐减小，阻流截面在直浇道下口的浇注系统。
(ΣF内<ΣF 横<f直下端<f直上端)< bdsfid="120" p=""></f直下端<f直上端)<> 开放式浇注系统：从浇口杯底孔到内浇道的截面逐渐加大，阻流截面在直浇道上口的浇注系统。
第十三十四章铸造应力、变形及热裂
§ 11.1.2 固态有相变的合金瞬时应力的发展过程
§ 11.1.3 铸件在冷却过程产生的机械阻碍应力
§ 11.1.4 影响残余应力因素
§ 11.1.5 减小或消除铸造应力的途径
东北大学材料加工工程
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§ 11.1.1 固态无相变的合金瞬时应力的发展过程
c. 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。（临时）
B. 按应力存在的时间分：
a.临时应力(temporary stress)：产生应力原因消失，应力便消 失。
b.残余应力(residual stress)：产生应力原因消除后，仍然存在
的应力。
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§ 11.1 铸件在冷却过程中产生的应力 4
早在1867年俄国学者卡拉库特斯基就研究了铸钢 锭内产生的应力。1907年德国学者Heyn对参与应力的 产生进行了系统的分析。我们站在前人研究的基础上 对他们的理论进行修正。下面从以下几个方面进行讲 解：
压应力，杆I 内为拉应力。
阶
应该指出，合金在高温时，特别是
段
在固相线以上，屈服极限很低，铸件内
产生的应力很容易超出屈服极限，发生
塑性变形，使完全卸载时刻早于τ3。
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§ 11.1.1 固态无相变的合金瞬时应力的发展过程 8
线收缩开始
温度
Байду номын сангаас第三阶段(τ2～τ3)：两杆的温差逐渐减
第十一章 铸造应力变形及冷裂纹
2.变形趋势
残余压应力自发生长 残余拉应力自发缩短
3.危害
加工余量不足 影响铸件精度
二、冷裂 1.基本概念
冷裂：由于铸件中的拉应力超出合金的强度极限而产生的裂纹。 2.基本特征
一、无固态相变的合金铸件瞬时应力的发展过程
假设条件： 1.从同一温度冷却到室温 2.收缩系数和弹性模量不变 3.不产生扰曲变形 4.铸件无机械阻碍 5.横梁刚性
热应力发展的四个阶段：
1.? 0 ? ?1 : tⅡ ? t y , tⅠ ? t y
杆Ⅱ开始线收缩，而杆Ⅰ仍处 于凝固初期，枝晶尚未成形。 杆Ⅱ带动杆Ⅰ收缩，具有同一
第十一章 铸造应力、变形及冷裂
一、基本概念
铸造应力： 液态金属在型腔凝固和以后冷却过程中，发生线收缩或相变引起 体积的变化，当变化受到其它条件的制约不能自由进行时，在产生 变形时还会产生应力，这种应力称为铸造应力。
产生原因 热应力、相变应力和机械阻碍应力
应力分类
存在时间 临时应力与残留应力 应力状态 拉应力和压应力
共振时效
调整振动频率，使铸件在具有共振频率的激振力作用下， 获得相当大的振动能量。在共振过程中，交变应力与残余 应力叠加，铸件局部屈服，产生塑性变形，使铸件中的残 余应力逐步松弛、消失。同时也使处在畸变晶格上的原子 获得较大能量，使晶格畸变恢复，应力消失 。
一、变形
10－3 铸件的变形和冷裂
1.变形的概念 铸件冷却过程中，冷却速度不同导致收缩量不一致，且各部分彼此 相连相互制约而产生的形变。
3.? 2 ? ? 3
两杆温差逐渐减小。在此阶段杆 Ⅰ的冷却速度大于杆Ⅱ。两杆自 由线收缩量的差值为：
? l2 ? ? ?? t H ? ? ? tmax L ? ? ? l1
金属工艺学复习题（大题）-山东理工解析
⾦属⼯艺学复习题（⼤题）-⼭东理⼯解析浇注温度过⾼、过低常出现哪些铸造缺陷？说明解决办法。
（1）浇注温度过⾼：易产⽣氧化、⽓孔、缩孔、晶粒粗⼤等缺陷。
（2）浇注温度过低：易产⽣冷隔、浇不⾜等缺陷。
解决办法：⾼温出炉，低温浇注。
1、既然提⾼浇注温度可以提⾼液态⾦属的充型能⼒，但为何要防⽌浇注温度过⾼？ P34浇注温度过⾼时，⼀⽅⾯铸件易产⽣缩孔、缩松、⽓孔，铸件粘砂严重；另⼀⽅⾯铸件的冷却速度下降，导致晶粒粗⼤，使铸件机械性能下降。
2.合⾦的流动性与充型能⼒有何关系？为什么共晶成分的⾦属流动性⽐较好？合⾦的流动性好，则充型能⼒就⾼。
共晶成分合⾦的是恒温结晶，结晶是从表层向中⼼逐层凝固，凝固层表⾯较光滑，对尚未凝固的⾦属的流动阻⼒⼩，故流动性好；共晶成分时，熔点低，因⽽流动性好。
3、简述铸造⽣产中改善合⾦充型能⼒的主要措施。
（1）适当提⾼浇注温度。
（2）保证适当的充型压⼒。
（3）使⽤蓄热能⼒弱的造型材料。
如砂型。
（4）预热铸型。
（5）使铸型具有良好的透⽓性。
4、简述缩孔产⽣的原因及防⽌措施。
凝固温度区间⼩的合⾦充满型腔后，由于逐层凝固，铸件表层迅速凝固成⼀硬壳层，⽽内部液体温度较⾼。
随温度下降，凝固层加厚，内部剩余液体由于液态收缩和补充凝固层的凝固收缩，体积减⼩，液⾯下降，铸件内部产⽣空隙，形成缩孔。
措施：（1）使铸件实现“定向凝固”，按放冒⼝。
（2）合理使⽤冷铁。
5、简述缩松产⽣的原因及防⽌措施。
出现在呈糊状凝固⽅式的合⾦中或断⾯较⼤的铸件中，被树枝状晶体分隔开的液体区难以得到补缩所致。
措施：（1）、尽量选⽤凝固区域⼩的合⾦或共晶合⾦。
（2）、增⼤铸件的冷却速度，使铸件以逐层凝固⽅式进⾏凝固。
（3）、加⼤结晶压⼒。
6.缩孔与缩松对铸件质量有何影响？为何缩孔⽐缩松较容易防⽌？缩孔和缩松使铸件的有效承载⾯积减少，且在孔洞部位易产⽣应⼒集中，使铸件⼒学性能下降；缩孔和缩松使铸件的⽓密性、物理性能和化学性能下降。
铸造应力介绍及减小和预防铸造应力的措施
铸造应力介绍及减小和预防铸造应力的措施一、铸造应力的定义、分类和危害1、定义：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。
2、分类：A. 按应力形成的缘由分：（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全都，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，因为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）机械妨碍应力(mechanism hindered stress)：铸件收缩受到铸型、型芯、箱挡和芯骨等机械妨碍所产生的应力。
B. 按应力存在的时光分：（1）暂时应力(temporary stress)：产生应力的缘由消逝，应力便消逝。
（2）残余应力(residual stress)：产生应力的缘由消退后，仍然存在的应力。
3、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缘由，它降低铸件的使用性能。
例如，当机件工作应力的方向与残余应力的方向相同时，应力叠加，可能超出合金的强度极限，发生断裂。
有残余应力的铸件，放置日久或经机械加工后会变形，使机件失去精度。
产生变形的铸件可能因加工余量不足而报废，为此需要加大加工余量。
在大批量流水生产时，变形的铸件在机械加工时往往因放不进夹具而报废。
此外，挠曲变形还降低铸件的尺寸精度，尤其对精度要求较高的铸件，防止产生变形尤为重要。
减小和预防消退铸造应力的措施（1）合理地设计铸件的结构铸件的外形愈复杂，各部分壁厚相差愈大，冷却时温度愈不匀称，铸造应力愈大。
因此，在设计铸件时应尽量使铸件外形容易、对称、壁厚匀称。
（2）采纳同时凝固的工艺所谓同时凝固是指实行一些工艺措施，使铸件各部分温差很小，几乎同时举行凝固。
机械制造基础答案(1)
试卷名称:0922_作业_1单选题（10.0 分）1. 1.缩孔缩松产生的根本原因是（）A) A：液态收缩B) B：固态收缩C) C：凝固收缩D) D：液态收缩和凝固收缩纠错（10.0 分）2. 2.下面哪种截面形状的铸件最容易产生比较大的变形的是（）。
A) A：工字梁B) B：T字梁C) C：十字梁D) D：Z字梁纠错（10.0 分）3. 3.下列手工造型方法中，属于按照砂箱特征分类的是（）。
A) A：两箱造型B) B：整模造型C) C：分模造型D) D：挖砂造型纠错（10.0 分）4. 4.铸型分型面选择原则中，最理想的分型面个数是（）。
A) A：一个B) B：两个C) C：三个D) D：四个纠错（10.0 分）5. 5.下列特种铸造方法中，生产效率最高的是（）。
A) A：熔模铸造B) B：金属型铸造C) C：压力铸造D) D：低压铸造E) E：离心铸造纠错判断题（10.0 分）6. 1.合金流动性越好，越容易获得优质铸件。
正确错误纠错（10.0 分）7. 2.顺序凝固原则可以防止铸造应力，同时凝固原则可以防止缩孔缩松。
正确错误纠错（10.0 分）8. 3.机器造型是用机器全部完成或至少完成紧砂和起模操作的造型方法。
正确错误纠错（10.0 分）9. 4.特种铸造因铸件质量好，生产效率高，必将取代砂型铸造。
正确错误纠错（10.0 分）10.5.离心铸造不用型芯也能生产中空铸件。
正确错误纠错论述题（10.0 分）11.1.铸造生产最基本的工序是哪两个？2.铸件的凝固方式有哪三种？3.合金的收缩可分为哪三个阶段？4.常见的铸造应力可分为哪两种？5.砂型铸造的造型方法有哪两种？6.常用的特种铸造方法有哪几种？7.缩孔和缩松的主要区别是什么？8.为了防止缩孔缩松和铸造应力的产生，可分别采取什么工艺措施？9.熔模铸造的工艺过程有哪一些？10.金属型铸造的铸型类型有哪几种？11.压力铸造简称什么？压铸机分为哪两类？12.离心铸造机可分为哪两类？其特点分别是什么？1.铸造生产最基本的工序是造型和浇注。
合金熔炼学习知识重点情况总结
合金熔炼知识点总结1.铸造性能：流动性，充型能力，收缩性，偏析。
气体及夹杂物等2.合金的流动性与充型能力的区别1）充型能力是液态金属充满型腔获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力流动性是指液态铸造合金本身的流动能力。
2）流动性好的合金，其充型能力强3）流动性影响因素：合金的种类，化学成分及结晶特点3.收缩性：铸造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象称为收缩性。
1）收缩的三个阶段;液态收缩阶段，凝固收缩阶段，固态收缩阶段。
2）收缩方法：体收缩，线收缩3）影响收缩的因素：化学成分，浇注温度，铸件结构与铸型条件4）收缩对铸件质量的影响：产生缩松和缩孔[主要原因是液态收缩和凝固收缩]防治措施：调整化学成分，降低浇注温度和减少浇注速度，增加补缩能力，增加铸型激冷能力。
6.铸造应力：铸件在凝固冷却的过程中因温度的下降而产生收缩使铸件和长度发生变化，若这些变化受到阻碍便会在铸件中产生应力称为铸造应力。
1）铸造应力按其产生的原因可分为三种：热应力，固态相变应力，收缩应力2））铸造应力的防止和消除措施：采用同时凝固的原则提高铸型温度改善铸型和型芯的退让性进行去应力退火7.铸铁：铸铁是一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称[铁，碳，硅，锰，磷，硫及其其他合金元素]1）铸铁中的碳以化合态渗碳体和游离态石墨形式存在2）.影响铸铁组织和性能的因素：a.碳和硅[铸铁中碳、硅含量均高时，析出的石墨就愈多、愈粗大]b.硫[强烈阻碍石墨化,增加热脆性，恶化铸铁铸造性能硫含量限制在0.1-0.15%以下]c.锰[弱阻碍石墨化，具有提高铸铁强度和硬度的作用锰含量控制在0.6~1.2%之间]d.磷[对铸铁的石墨化影响不显著。
含磷过高将增加铸铁的冷脆性磷含量限制在0.5%以下]8.铸铁分类：1）按碳存在形式分：白口铸铁，灰口铸铁，麻口铸铁2）按石墨存在形式分：灰铸铁，可锻铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁3）按化学成分分：普通铸铁，合金铸铁4）按性能分：耐热铸铁，耐磨铸铁，耐腐蚀铸铁9.灰铸铁（HT)：指碳主要以片状石墨形式出现的铸铁，断口呈灰色。
3.3.1 铸造应力的形成
铸造应力的形成副教授：陈云
铸造应力的形成
铸造应力
热应力
机械应力由于铸件壁厚不均匀，各部分的冷却速度也不相同，以致在同一时间内，铸件各部分的收缩不一致而造成铸件内部产生的应力，称为热应力。
合金的固态收缩受到铸型或型芯的机械阻碍而形成的内应力，称为机械应力。
铸件在冷却过程中，其固态收缩受到阻碍时，就会在铸件内部产生应力，称为铸造应力。
一、热应力
t 0——t 1 高温阶段，塑性状态，内应力通过塑性变
形消除
t 1 ——t 2 Ⅱ杆弹性状态，Ⅰ塑性状态，Ⅱ杆受拉应
力，Ⅰ受压应力，内应力通过Ⅰ塑性变形消除
t 2 ——t 3 Ⅰ、Ⅱ杆弹性状态，Ⅰ比Ⅱ温度高，Ⅰ收
缩大于Ⅱ，Ⅰ收缩受Ⅱ的阻碍，产生拉应力 热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
二、机械应力
铸件冷却到弹性状态以后，由于受到铸型、型芯和浇、冒口等的机械阻碍而产生的应力，称机械应力。
法兰的机械应力
机械应力与热应力共同作用，当大于材料的强度极限时会导致裂纹的形成。
三、减小和消除铸造应力的方法
1、工艺方面：尽量采用合理的铸造工艺，使铸件的凝固过程符合同时凝固原则
2、造型工艺上：采取相应措施以减小铸造应力，如改善铸型、型芯的退让性(型芯、砂内加入木屑、焦碳沫等附加物，控制舂砂松紧度)，合理设置浇、冒口等。
3、铸件结构上：尽量避免牵制收缩的结构，使铸件各部分能自由收缩（铸件的结构尽可能对称、铸件的壁厚尽可能均匀）。
4、去应力退火；人工时效；自然时效。
5、消除机械应力可以通过适时开箱加以解决。
谢谢观看。
铸造-应力、变形、冷裂
第二章铸件的应力前一章内容总结前一章主要讲解“铸件宏观凝固组织及控制”，通过一系列的工艺措施，可以尽可能多地得到细小的等轴晶粒组织，这样可以保证得到强度和韧性都非常良好的铸件。
得到了理想的细晶组织，是否铸件的成型就完成了？完美金相就拿这个暖气片来说，天气太冷，老板通过市场调查，让你开发暖气片，还答应你，干好了先让你用。
你高兴，美梦。
你在生产过程中，采取了各种措施，得到了一个具有理想组织的铸件，但是当你将铸件往一块装配的时候，这两个口应该对起来，但是如果铸件产生变形，一个距离长，一个距离短，两个照不起来，铸件报废。
另外一个问题，你看着铸件的外表没有什么问题，你把这个铸件装配起来，结果一通压力，漏水了。
美梦变恶梦什么原因造成的？这些都是在后面要讲的。
首先：介绍铸件中的应力2.1 概述2.1.1 金属（合金）→冷却降温→凝固（收缩膨胀）→继续降温→固态相变（体积收缩或膨胀）→体积变化→体积变化受阻→铸件内产生应力→内应力2.1.2铸造应力的分类：应力铸造应力：铸件在铸造过程中在内部所产生的应力。
临时应力：铸造过程中，产生应力的原因消除后应力消失：残余应力:：铸造过程中，产生应力的原因消除后应力依然存在，这种应力称为：（铸造）残余应力。
以上两种应力是从时间上分类的。
按应力产生的原因有以下三种：热应力、相变应力、机械阻碍应力、关于这几种应力，我们在后面将逐一给以详细的介绍。
2.1.3应力对铸件的影响低于弹性极限：铸件中产生应力，同时在应力的作用下，产生有限的变形（弹性变形）高于屈服极限：铸件产生塑性变形；高于强度极限：铸件中出现裂纹。
因此，在这一章中，将应力、变形、裂纹放在一起讲解。
在应力的作用下，铸件如何变形和出现裂纹，也将在后面相应的章节中介绍。
2.2热应力：2.2.1概念热应力：铸件冷却过程中，由于各部分冷却速度不同，收缩时间及收缩量不同，铸件由于结构所限，相互制约，不能完成各自的理论变形，结果：在铸件内所产生的应力。
1.2.3 铸造应力、变形与裂纹解析
d) 设计结构时避免应力集中；
1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹
本节内容回顾：
重点：铸造内应力的分布、形成及预防，变形和 裂纹的预防； 难点：铸造热应力的形成及分布规律，铸件的变 形规律——需理解 ！
4）铸造内应力的预防 a）采用同时凝固的原则 同时凝固是指通过设置冷铁、 布置浇口等工艺措施，使铸件温差尽量变小，基本实现 铸件各部分在同一时间凝固，可有效降低4）铸造内应力的预防 b）提高铸型温度（对铸型进行预热） c）铸件壁厚设计均匀 d）改善铸型和型芯的退让性 e）进行去应力退火 预防热应力 预防机械应力
浇注温度 铸件结构 本节内容
铸造内应力、变形和裂纹
铸型条件
§1-2 金属液态成形的基本原理
1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹
1、铸造内应力
铸造内应力——铸件固态收缩受到阻碍产生的内部应力。
铸件 冷却
受约束
完全冷却后 瞬时应力与 残余应力 应变 与变形
1）铸造内应力的种类
2）铸造内应力的形成原理 3）铸造内应力的预防
超过材料强度极限而引起的开裂。
冷裂常常出现在铸件形状复杂受拉
伸处，特别是应力集中部位。壁厚不均 匀、形状复杂的大型铸件容易产生冷裂 纹。
冷裂裂纹穿晶断裂，裂纹细小，外形呈 连续直线状或圆滑曲线状，裂纹缝内干 净，有时呈轻微氧化色。
铸件尖角部位的裂纹
1.2.3 铸造内应力、变形及裂纹
2）铸件裂纹的预防措施 a) 改善铸型的退让性；
§1-2 金属液态成形的基本原理
内容回顾
1）合金的流动性 2) 合金的充型能力
金属加工工艺复习资料
⾦属加⼯⼯艺复习资料题型：填空（20*0.5）判断（10*1）名词解释（6*3）简答（8*5）问答（18）实验分析（4）第1-2章：⼀、名词解释1、缩孔、缩松：液态⾦属在凝固过程中，由于液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现⼤⽽集中的孔洞，称缩孔；细⼩⽽分散的孔洞称分散性缩孔，简称为缩松。
2、顺序凝固和同时凝固：顺序凝固是采⽤各种措施保证铸件结构上各部分，从远离冒⼝的部分到冒⼝之间建⽴⼀个逐渐递增的温度梯度，实现由远离冒⼝的部分最先凝固，向冒⼝的⽅向顺序地凝固，使缩孔移⾄冒⼝中，切除冒⼝即可获得合格的铸件。
同时凝固是指采取⼀些技术措施，使铸件各部分温差很⼩，⼏乎同时进⾏凝固。
因各部分温差⼩，不易产⽣热应⼒和热裂，铸件变形⼩。
3、宏观偏析、微观偏析：宏观偏析也称为区域偏析，其成分不均匀现象表现在较⼤尺⼨范围，主要包括正偏析和逆偏析。
微观偏析指微⼩范围内的化学成分不均匀现象，⼀般在⼀个晶粒尺⼨范围左右，包括晶内偏析（枝晶偏析）和晶界偏析。
4、流动性、充型能⼒：流动性指熔融⾦属的流动能⼒,它是影响充型能⼒的主要因素之⼀。
液态合⾦充满铸型型腔,获得形状完整,轮廓清晰铸件的能⼒,称合⾦的充填铸型能⼒，简称合⾦的充型能⼒。
5、正偏析、逆偏析：如果是溶质的分配系数k>1的合⾦，固液界⾯的液相中溶质减少，因此愈是后来结晶的固相，溶质的浓度愈低，这种成分偏析称之为正偏析。
当溶质的分配系数k<1的合⾦进⾏凝固时，凝固界⾯上将有⼀部分溶质排向液相，随着温度的降低，溶质的浓度在固浓界⾯处的液相中逐渐增加，愈是后来结晶的固相，溶质浓度越⾼，这种成分偏析称之为逆偏析。
6、⾃由收缩、受阻收缩：铸件在铸型中的收缩仅受到⾦属表⾯与铸型表⾯之间的摩擦阻⼒时，为⾃由收缩。
如果铸件在铸型中的收缩受到其他阻碍，则为受阻收缩。
7、析出性⽓孔、反应性⽓孔、侵⼊性⽓孔：溶解于熔融⾦属中的⽓体在冷却和凝固过程中，由于溶解度的下降⽽从合⾦中析出，当铸件表⾯已凝固，⽓泡来不及排除⽽保留，在铸件中形成的⽓孔，称析出⽓孔。
铸造残余应力
铸造残余应力及时效方法牟行辉（陕西秦川机床工具集团有限公司，陕西宝鸡721009）铸件在凝固和冷却过程中，由于各部分的冷却速度差异、收缩受阻、及组织转变引起体积变化等因素，不可避免的会产生铸造应力。
如果铸造应力未得到释放，将会以残余应力的形式保留在铸件内。
铸件的残余内应力越大，会使零件在放置、运转、加工和使用过程产生变形，尺寸精度降低严重时会发生开裂。
1，铸造残余应力的形成铸造残余应力是由铸造应力未得到释放而存在于铸件内部的，铸造应力是热应力、相变应力、机械阻碍应力的代数和。
[1]1.1，热应力：铸件各部分冷却速度不同，造成各部分的收缩量不一样，但是铸件的各部分连成一个整体，因此在彼此之间会产生制约而产生应力。
这种由线收缩受热阻碍引起的热应力，一般会成为铸件的残余应力。
其大小与铸件的壁厚差异大小有关，铸件壁厚差异越大，残余应力就越大。
1.2，相变应力：铸件冷却过程发生固态相变的时间和程度不同，其体积变化也不一样，各处相互制约，由此会形成相变应力。
相变应力一般会形成铸件的残余内应力。
1.3，机械阻碍应力：铸件冷却到弹性状态，由于受到机械阻碍而产生应力。
如型砂的退让性太差，阻碍铸件收缩，会使铸件产生机械阻碍应力。
这种应力当机械阻碍消除后，部分应力会消失，但不会完全的消失，部分会形成铸件的残余内应力。
2，减少铸件产生残余应力尽管铸件残余应力可以通过时效处理等方式进行消除和降低，但是时效处理并不能完全消除铸件的残余内应力。
残余内应力的大小取决于原始残余应力的大小。
分析铸件残余应力的成因，可以认为，凡是能够减少体积变化（收缩），降低阻碍的因素，均有利于降低铸件残余应力的产生。
具体可以有以下措施：2.1，在铸造工艺设计时可以通过分型面选择、浇注系统分布、冷铁和保温材料的应用等方式，使铸件实现同时凝固，以减少因铸件结构造成的冷却不均匀；提高砂型的退让性，减少铸型对铸件收缩的阻碍；适当增加铸件在铸型内的冷却时间减弱因空冷造成的各部分冷却不均匀。
铸造残余应力
铸造残余应力及时效方法牟行辉（陕西秦川机床工具集团有限公司，陕西宝鸡 721009）铸件在凝固和冷却过程中，由于各部分的冷却速度差异、收缩受阻、及组织转变引起体积变化等因素，不可避免的会产生铸造应力。
如果铸造应力未得到释放，将会以残余应力的形式保留在铸件内。
铸件的残余内应力越大，会使零件在放置、运转、加工和使用过程产生变形，尺寸精度降低严重时会发生开裂。
1，铸造残余应力的形成铸造残余应力是由铸造应力未得到释放而存在于铸件内部的，铸造应力是热应力、相变应力、机械阻碍应力的代数和。
[1] 1.1，热应力：铸件各部分冷却速度不同，造成各部分的收缩量不一样，但是铸件的各部分连成一个整体，因此在彼此之间会产生制约而产生应力。
这种由线收缩受热阻碍引起的热应力，一般会成为铸件的残余应力。
其大小与铸件的壁厚差异大小有关，铸件壁厚差异越大，残余应力就越大。
1.2，相变应力：铸件冷却过程发生固态相变的时间和程度不同，其体积变化也不一样，各处相互制约，由此会形成相变应力。
相变应力一般会形成铸件的残余内应力。
1.3，机械阻碍应力：铸件冷却到弹性状态，由于受到机械阻碍而产生应力。
如型砂的退让性太差，阻碍铸件收缩，会使铸件产生机械阻碍应力。
这种应力当机械阻碍消除后，部分应力会消失，但不会完全的消失，部分会形成铸件的残余内应力。
2，减少铸件产生残余应力尽管铸件残余应力可以通过时效处理等方式进行消除和降低，但是时效处理并不能完全消除铸件的残余内应力。
残余内应力的大小取决于原始残余应力的大小。
分析铸件残余应力的成因，可以认为，凡是能够减少体积变化（收缩），降低阻碍的因素，均有利于降低铸件残余应力的产生。
具体可以有以下措施： 2.1，在铸造工艺设计时可以通过分型面选择、浇注系统分布、冷铁和保温材料的应用等方式，使铸件实现同时凝固，以减少因铸件结构造成的冷却不均匀；提高砂型的退让性，减少铸型对铸件收缩的阻碍；适当增加铸件在铸型内的冷却时间减弱因空冷造成的各部分冷却不均匀。
(工艺技术)材料成型及工艺基础考试题含答案
《材料成形技术基础》考试样题答题页（本卷共10页）三、填空（每空0.5分，共26分）1.( ) ( ) ( )2.( )3.( ) ( )4.( )5.( )( )6.( ) ( )7.( ) ( )8.( ) ( )9.( ) 10.( )11.( )12.( ) ( ) 13.( ) ( )14.( )15.( ) 16.( ) ( )17.( ) ( ) 18.( )19.( )20.( ) ( ) 21.( ) ( )22.( )23.( ) 24.( )25.( ) ( )26.( )( )27.( ) ( )28.( ) 29.( ) ( )30.( )31.( )( ) ( )32.( ) ( )四、综合题（20分）1、绘制图5的铸造工艺图（6分）修2、绘制图6的自由锻件图，并按顺序选择自由锻基本工序。
（6分）自由锻基本工序：3、请修改图7--图10的焊接结构，并写出修改原因。
图7手弧焊钢板焊接结构（2分）图8手弧焊不同厚度钢板结构（2分）修改原因：焊缝集中修改原因：不便于操作图9钢管与圆钢的电阻对焊（2分）图10管子的钎焊（2分）修改原因：修改原因：《材料成形技术基础》考试样题（本卷共10页）注：答案一律写在答题页中规定位置上，写在其它处无效。
一、判断题（16分，每空0.5分。
正确的画“O”，错误的画“×”）1．过热度相同时，结晶温度范围大的合金比结晶温度范围小的合金流动性好。
这是因为在结晶时，结晶温度范围大的合金中，尚未结晶的液态合金还有一定的流动能力。
F2．采用顺序凝固原则，可以防止铸件产生缩孔缺陷，但它也增加了造型的复杂程度，并耗费许多合金液体，同时增大了铸件产生变形、裂纹的倾向。
T3．HT100、HT150、HT200均为普通灰口铸铁，随着牌号的提高，C、Si含量增多，以减少片状石墨的数量，增加珠光体的数量。
4．缩孔和缩松都是铸件的缺陷，在生产中消除缩孔要比消除缩松容易。
铸造应力的定义
一、铸造应力的定义、分类和危害1、定义：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。
2、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。
3、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。
例如，当机件工作应力的方向与残余应力的方向相同时，应力叠加，可能超出合金的强度极限，发生断裂。
有残余应力的铸件，放置日久或经机械加工后会变形，使机件失去精度。
产生变形的铸件可能因加工余量不足而报废，为此需要加大加工余量。
在大批量流水生产时，变形的铸件在机械加工时往往因放不进夹具而报废。
此外，挠曲变形还降低铸件的尺寸精度，尤其对精度要求较高的铸件，防止产生变形尤为重要。
二、金属凝固和冷却过程中产生的应力在不考虑机械阻碍时，该合金铸件中的瞬时应力就是热应力。
以应力框为例(图9-1),讨论瞬时应力的发展过程。
应力框由杆I，杆Ⅱ以及横梁Ⅲ组成。
为便于讨论，作如下假设：1) 金属液充满铸型后，立即停止流动，杆I和杆Ⅱ从同一温度tL开始冷却，最后冷却到室温t0。
铸造应力变形及裂纹
9.1铸造应力
铸件在凝固、冷却过程中，由于受阻收缩、热 作用和相变诸因素引起的应力，称为铸造应力。
铸造应力按其形成原因分为类： 热应力 相变应力 机械阻碍应力
铸造应力的形成
温度 变化
热膨胀 受阻 或收缩
热应力（自身拘束） 机械阻 碍应力（外部拘束）
受阻
固态相变
相变应力
（伴随比容变化）
9.1.1热应力
而移即粗，粗杆 其 杆仍 温 的处 差 自于 逐 由凝 渐 线固 增 收初 大 缩期 。 速， 如 度枝 果 大晶 两 于骨 杆 细架能杆尚自。未由因形收而成缩，。，粗此则杆时细被铸杆拉 件的长的收，变 缩 产形 量 生由 要 拉比 应细粗 力杆杆 ；确大 细定。 杆，由 则细于 相杆两 反带，杆动粗产彼杆生此一压相起应连收力，缩。始。冷终到却具到有t1
热裂产生的温度 应在O—×之间；
O—●是硫含量 偏高的情况；
△—▲是磷含量 偏高的情况。
试验表明，铸钢热裂形成温度在固相线附近。 应当指出，在铸造条件下、合金是在非平衡条件 下结晶的，低熔点物质被排斥于晶界，使实际固 相线低于平衡固相线。试验中硫、磷含量偏高 时，影响更为明显。
在低于液相线某温度时，铸件开始线收缩。因 此可以认为，热裂形成温度是在非平衡的线收缩 开始温度到非平衡的固相线温度区间内。这一温 度区间被称为“有效结晶温度范围”。
1.合金方面 在满足工作条件的前提下，尽量选择弹性模量
和线膨胀小的材料作为铸件材料。 2.合理设计铸件结构
铸件的壁厚差要尽量小；厚薄壁连接处要圆滑 过渡；热节小而分散。
3.合理选择工艺
将铸件厚壁部位的砂层减薄，或放置冷铁，或 采用蓄热系数大的型砂；合理设置浇冒口，尽量 使铸件各部分温度均匀，避免产生较大的应力和 应力集中。
铸件、锻件、焊接件残余应力的产生和时效方法
铸件、锻件、焊接件残余应力的产生和时效方法铸件、锻件、焊接件残余应力的产生和时效方法金属构件(铸件、锻件、焊接件)在冷热加工过程中产生残余应力,高者在屈服极限附近构件中的残余应力大多数表现出很大的有害作用;如降低构件的实际强度、降低疲劳极限,造成应力腐蚀和脆性断裂,由于残余应力的松弛,使零件产生变形,大大的影响了构件的尺寸精度。
因此降低和消除构件的残余应力就十分必要了。
一、残余应力的产生1.铸造应力的产生(1)热应力铸件各部分的薄厚是不一样的,如机床床身导轨部分很厚,侧壁.筋板部分较薄,其横向端面如图一所示。
铸后,薄壁部分冷却速度快收缩大,而厚壁部分,冷却速度慢,收缩的小。
薄壁部分的收缩受到厚壁部分的阻碍,所以薄壁部分受拉力,厚壁部分受压力。
因纵向收缩差大,因而产生的拉压也大。
这时铸件的温度高,薄厚壁都处于塑性状态,其压应力使厚壁部分变粗,拉应力使薄壁部分变薄,拉压应力,随塑性变形而消失。
铸件逐渐冷却,当薄壁部分进入弹性状态而厚壁部分仍处于塑性时,压应力使厚壁部分产生塑性变形,继续变粗,而薄壁部分只是弹性拉长,这时拉压应力随厚壁部分变粗而消失。
铸件仍继续冷却,当薄厚壁部分进入弹性区时,由于厚壁部分温度高,收缩量大。
但薄壁部分阻止厚壁部分收缩,故薄壁受压应力,厚壁受拉应力。
应力方向发生了变化。
这种作用一直持续到室温,结果在常温下厚壁部分受拉应力,薄壁部分受压应力。
这个应力是由于各部分薄厚不同。
冷却速度不同,塑性变形不均匀而产生的,叫热应力。
在导轨或侧壁的同一个截面内,表层与内心部,由于冷却快慢不同,也产生相互平衡拉压的应力,用类似与上述方法分析,可知在室温下表层受压应力,心部受拉应力,并且截面越大,应力越大,此应力也叫热应力。
(2)相变应力常用的铸铁含碳量在2.8-3.5%,属于亚共晶铸铁,由结晶过程可知①:厚壁部分在1153℃共晶结晶时,析出共晶石墨,产生体积膨胀,薄壁部分阻碍其膨张,厚壁部分受压应力,薄壁部分受拉应力,薄辟部分受拉应力。
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铸造应力的分类
1. 热应力：由于铸件在铸造过程中的激烈冷却以及不均匀收缩，导致不同部分温度和体积的差异，产生的应力。
2. 冷却应力：铸件在铸造完成后冷却过程中，由于不同部分的收缩速度不一致，导致的应力。
3. 凝固应力：在铸造过程中，液态金属逐渐凝固，形成晶粒，晶粒的体积变化引起应力。
4. 化学应力：在合金铸造中，由于不同组分的化学成分差异，产生的化学反应引起的应力。
5. 内应力：在熔融金属冷却过程中，由于原材料中存在的或形成的缺陷、气包等不均匀性，产生的局部应力。
6. 大气应力：铸造完工的产品暴露在大气环境中，与环境中的温度、湿度等因素相互作用，引起的应力。
7. 机械应力：在铸件冷却完毕后，由于剪切、磨削、切割等机械加工过程中的应变造成的应力。
8. 环境应力：铸件在使用过程中，与周围环境温度、湿度、压力等因素相互作用，产生的应力。
9. 应力集中：在铸造过程中，由于形状、尺寸等因素的变化，导致铸件某些部位应力集中，产生较高的应力。
10. 残余应力：在铸造过程完成后，因冷却和凝固过程中温度、体积等因素的变化，导致的残余应力。