铸造热应力和热疲劳的产生、特点及其对构件使用性能的影响
热疲劳对钢结构性能影响分析
热疲劳对钢结构性能影响分析钢结构作为一种常见的建筑结构材料，广泛应用于桥梁、厂房等建设领域。
然而，随着环境温度的变化以及外部热力作用的影响，钢结构在长时间高温环境中会出现热疲劳现象，从而导致结构性能下降甚至失效。
本文将探讨热疲劳对钢结构性能的影响。
1. 温度对钢材力学性能的影响首先，温度对钢材的力学性能具有显著影响。
一般情况下，钢材的屈服强度、抗拉强度和冲击韧性会随温度的升高而下降。
这是因为高温下原子的热振动增加，导致晶格结构弱化，从而降低了材料的力学性能。
2. 热循环对钢结构的影响热循环是指结构在温度变化过程中经历的热胀冷缩过程。
钢结构在长时间热循环作用下，会导致结构的疲劳损伤以及变形。
热循环引起的温度变化会导致结构内部应力的变化，从而导致材料的拉伸、压缩和扭曲等变形。
这些变形可能会导致结构强度和稳定性的下降，甚至引发裂纹和破坏。
3. 线性热膨胀对钢结构的影响钢结构在受热膨胀时会发生线性膨胀，这会引起结构的应变和应力的变化。
当材料温度升高时，结构会发生膨胀，而当温度下降时，结构则会发生收缩。
这些应变和应力的变化会对结构的稳定性和运行性能产生影响。
尤其是在高温环境下，钢结构可能发生较大的膨胀和收缩，从而引起结构的变形和应力集中，进一步影响结构的性能。
4. 高温下的材料退火与氧化高温作用下，钢材容易发生退火和氧化。
退火是指材料在高温下长时间热处理过程中所发生的晶粒细化和杂质析出的现象。
退火过程会导致钢材的硬度降低，从而影响结构的强度和刚度。
与此同时，高温环境中的氧化反应会引起表面的氧化层形成，使钢结构的耐蚀性能下降，进而影响结构的使用寿命。
5. 热疲劳对钢结构的损伤机制热疲劳对钢结构的损伤主要表现为疲劳裂纹的形成和扩展。
当钢结构受到热循环作用时，结构内部会出现温度差异，从而引起应力集中。
这些应力集中会导致结构表面或内部的微裂纹形成，然后在热循环的作用下逐渐扩展，最终导致结构的破坏。
此外，热疲劳还会促进材料的晶界迁移和位错运动，进一步加剧结构的损伤。
有些铸铁件在温度持续不断起伏变化的条件下工作
有些铸铁件在温度持续不断起伏变化的条件下工作。
如果温度变化使铸件产生的尺寸和体积改变受到自身或外界的约束，或者零件内部不同部位存在温度差别，将会产生大小和方向不断变化的热应力。
经过一定的应力循环后，热应力使铸铁件出现裂纹。
裂纹扩展可导致铸件断裂。
发动机排气歧管、涡轮增压器外壳、汽车刹车轮、玻璃模具等都是能够产生热疲劳现象的实例。
热应力大小与金属受热产生的热膨胀娥有直接关系。
特别是在零件尺寸受限情况下加热铸件时，铸铁的线膨胀系数对热疲劳寿命的影响更为明显。
线膨胀系数大的材料产生较大的热应力，由此产生的热疲劳将使铸件在较少的热循环次数后发生裂纹。
热疲劳裂纹在温差大、有外力作用、温度变化频繁、线膨胀系数不同的组织共同存在情况下扩展速度很高。
裂纹一般是穿晶扩展。
温度较高时也可能沿晶扩展，显示脆性断口特征。
因而热循环的最高温度与最低温度差别较大时，零件热疲劳寿命缩短。
加热与冷却过程在铸件中形成的温度梯度比较陡峭时，会提高热应力，导致铸件提前失效。
导热性好、弹性模情低、室温强度和高温强度较高、抗氧化能力较强、组织稳定性良好的耐热材料有较好的热疲劳寿命(失效前的热循环次数多)。
具有闭式结构的铸件比具有开式结构铸件更容易产生热疲劳损伤。
降低铸件温度对弹性模量和蠕变产生的影响有利于改善铸铁抗热疲劳性能。
热应力不仅产生于宏观体积变化过程中，也可能因材料内部含有线膨胀系数不同的组织(如铁素体、珠光体、碳化物)、第二相以及品体各向异性的影响都会使相邻晶粒之间产生交变热应力，容易导致热循环过程中产生较大应力。
这种微观应力可能在晶界产生很强的应力集中，从而影响热疲劳寿命。
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什么是热应力、热疲劳、热松弛
什么是热应力、热疲劳、热松弛
1、什么是热应力？
由于零部件内、外或两侧温差引起的零部件变形受到约束而在物体内部产生的应力，称为热应力。
2、什么是热冲击？
金属材料受到急剧的加热或冷却时，其内部将产生很大的温差，从而引起很大的冲击热应力，这种现象称为热冲击。
一次大的热冲击，产生的热应力能超过材料的屈服极限，从而导致金属部件的损坏。
3、什么是热疲劳？
金属零部件被反复加热和冷却时，其内部产生交变热应力，在此交变热应力反复作用下，零部件遭到破坏的现象叫热疲劳。
4、、什么是蠕变？
金属材料长期处于高温条件下，在低于屈服点的应力作用下，缓慢
而持续不断地增加材料塑性变形的过程叫蠕变。
5、什么是应力松施？
金属零件在高温和某一初始应力作用下，若维持总变形不变，则随时间的增加，零件的应力会逐渐地降低，这种现象叫应力松施，简称松施。
6、什么是脆性转变温度？发生低温脆性断裂事故的必要和充分条件是什么？
脆性转变温度是指在不同的温度下对金属材料进行冲击试验，脆性断口占试验断口 50%时的温度，用 FATT 表示。
含有缺陷的转子如果工作在脆性转变温度以下，其冲击韧性会显著下降，就容易发生脆性破坏。
发生低温脆性断裂事故的必要和充分条件是：
①金属材料在低于脆性转变温度的条件下工作；
②具有临界应力或临界裂纹，这是指材料已有一定尺寸的裂纹且应力很大。
分析铸造Al合金热疲劳开裂的形成机理及对策
分析铸造Al合金热疲劳开裂的形成机理及对策铸造Al合金热疲劳开裂是一种严重的质量问题，对于铸件的可靠性和使用寿命具有重大影响。
本文将分析铸造Al合金热疲劳开裂的形成机理，并提出相应的对策。
一、铸造Al合金热疲劳开裂的形成机理铸造Al合金在高温下容易发生热疲劳开裂，其形成机理主要包括以下几个方面：1.热应力效应：在高温下，铸件内部由于温度梯度和热膨胀不均等原因，会产生较大的热应力，导致铸件出现应力集中区域。
当热应力超过铸件材料的承载能力时，就会引起裂纹的产生和扩展。
2.晶界氧化：在高温下，铸造Al合金晶界处容易发生氧化反应，形成氧化物。
这些氧化物会引起晶界强化和晶界脆化，导致晶界疲劳裂纹的形成和扩展。
3.热疲劳循环加载：在高温下，铸造Al合金受到热循环加载，即温度的周期性升降，这会导致铸件内部的应力不断变化，并最终引起热疲劳开裂。
二、对铸造Al合金热疲劳开裂的对策为了解决铸造Al合金热疲劳开裂的问题，可以采取以下对策措施：1.合理设计铸件结构：在铸件设计过程中，应考虑到热应力的分布情况，避免在铸件中出现应力集中区域。
合理设计铸件结构可以减少热应力的积累，降低开裂的概率。
2.优化铸造工艺参数：在铸造过程中，应优化浇注温度、浇注速度、冷却速率等工艺参数，以减少热应力和晶界氧化的产生。
合理的铸造工艺参数可以改善铸件的热疲劳性能，降低开裂风险。
3.合理选择合金元素：合金元素的添加可以改善铸造Al合金的热疲劳性能。
例如，添加少量的镁元素可以提高铝合金的热塑性和热疲劳强度，降低热疲劳开裂的风险。
4.热处理优化：通过合理的热处理工艺，可以改善铸造Al合金的晶界结构，减少晶界氧化和晶界脆化的发生。
同时，热处理还可以通过调整组织结构，提高材料的抗热疲劳性能。
5.应力消除处理：在铸造Al合金后，可以进行应力消除处理，通过加热和冷却过程调整铸件的内部应力分布，降低开裂的风险。
6.增加铸件表面保护层：在高温环境下，为铸件增加一层保护层，可以减少铸件的氧化反应，延缓晶界氧化的发生。
铸造应力的分类
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。
铸造合金中的热疲劳性能分析
铸造合金中的热疲劳性能分析铸造合金是一种在高温和高应力条件下使用的重要材料，热疲劳性能的分析对于确保其可靠性和耐久性至关重要。
本文将就铸造合金中的热疲劳性能进行深入分析。
一、概述热疲劳是由高温和应力共同作用引起的材料破坏现象。
在铸造合金中，高温会导致晶体结构的改变和应力的集中，从而增加了疲劳破坏的风险。
因此，了解铸造合金的热疲劳性能对于优化材料设计和使用条件具有重要意义。
二、热疲劳性能的评估指标评估铸造合金的热疲劳性能需要考虑以下指标：1. 疲劳寿命：疲劳寿命是指材料在特定温度和应力条件下的使用寿命。
通过疲劳试验，可以确定铸造合金的疲劳寿命曲线，进而预测其在实际使用中的寿命。
2. 破坏形态：热疲劳破坏形态包括裂纹、晶界断裂、孔洞等。
对于铸造合金来说，裂纹是最常见的破坏形态。
通过研究破坏形态，可以了解热疲劳的破坏机制，从而采取相应的改进措施。
3. 疲劳强度：疲劳强度是指材料在特定温度和应力条件下能够承受的最大疲劳应力。
了解铸造合金的疲劳强度可以帮助设计合适的使用条件，避免超出其疲劳极限而引起的破坏。
三、热疲劳性能分析方法分析铸造合金中的热疲劳性能常用的方法包括实验方法和数值模拟方法。
1. 实验方法：通过热疲劳试验，可以获取铸造合金在不同温度和应力条件下的疲劳寿命曲线。
常用的试验方法包括恒温疲劳试验、循环热疲劳试验等。
通过分析试验数据，可以评估铸造合金的热疲劳性能。
2. 数值模拟方法：数值模拟方法可以通过建立热疲劳的有限元模型，预测铸造合金在实际使用条件下的疲劳寿命和破坏形态。
通过调整模型中的参数，可以评估不同工艺条件对热疲劳性能的影响，并优化材料和工艺。
四、影响铸造合金热疲劳性能的因素铸造合金的热疲劳性能受多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 温度：高温是引起热疲劳的主要因素之一。
较高的温度会导致合金晶体结构的改变，进而影响其热疲劳性能。
2. 应力：应力是导致热疲劳的另一个关键因素。
应力集中会导致合金中的裂纹和疲劳破坏。
铸造材料中应力产生的原因
铸造材料中应力产生的原因说到铸造材料中应力产生的原因，可能有些小伙伴会觉得有点儿抽象，觉得这个话题一听就有点复杂。
其实呢，真要聊开了，也没那么难理解，反而挺有意思的。
首先你得知道，铸造材料就是那些我们常见的金属，比如铸铁、铝合金这些，都是用来制造各种零件和设备的。
至于应力嘛，说白了就是材料内部的那种“内心挣扎”——它们因为外界的一些原因而变得有点儿“紧张”，甚至会发生变形或开裂。
是不是听起来有点像我们平时压力山大的感觉？铸造材料也是一样的，承受不住压力，它们也会出问题。
那什么原因会让这些材料产生应力呢？嗯，首先就是温度变化。
你想啊，铸造过程中材料融化成液态后，再倒入模具里冷却，温度一高一低，铸造材料就开始收缩和膨胀，这就像是你从夏天一下子跳进了冰水里，身体都不舒服，材料也一样，它会因为温度的剧烈变化而产生内应力。
这种情况在铸造过程中最为常见，甚至可以说是“家常便饭”。
如果冷却不均匀，外面冷了，里面还热乎，哎呀，内外不一致的压力就容易导致裂纹和变形。
就是铸造过程中材料本身的成分和结构。
铸造材料的成分不够均匀，或者合金中某些元素不兼容，这样材料内部就可能会出现不均匀的应力。
你可以想象成一锅汤，里面的盐放得不均匀，喝上一口就觉得有些地方咸死了，其他地方却又淡得很。
铸造材料也是这样，成分不均匀，材料就不稳定，产生应力的可能性大大增加。
还有一种情况呢，就是铸造过程中，如果模具设计得不够合理，或者操作不当，也会引发应力。
你想，模具一开始就没有设计好，导致铸件冷却不均匀，或者倒入液态金属的速度不对，铸造材料受到了不必要的拉扯、压迫，嘿，这样一来，材料内部的应力就会悄悄地积累，最后可能爆发，产生裂纹、变形或者直接影响产品的质量。
这也就好比你做事没有规划，搞得自己一团糟，压力也会越来越大，最后搞不好会出现大问题。
咱们说的这些原因，简单来说就是材料本身、铸造过程、环境因素三方面的共同作用。
就像一个人，受到天气变化、身体状况以及外界压力的影响，不同的因素结合在一起，最后才会让他承受不住压力，产生各种应力。
铸造应力的产生机理
铸造应力的产生机理
在现代工业生产中，铸造是一种常见的加工方式，而在铸造过程中，铸造应力的产生是一个不可避免的问题。
那么，铸造应力产生的机理是什么呢？下面将从几个方面进行详细阐述。
第一、温度梯度的影响
在铸造过程中，金属液凝固后会发生收缩，这时候就会产生应力。
其中最主要的就是“固态相变应力”。
它是由于金属在凝固时，由高温到低温有一个温度梯度的分布，导致了铸件的体积收缩不均匀而产生的。
这种应力主要集中于铸件的极端部分，也就是沿着铸件壁厚方向分布。
第二、金属流动的影响
在铸造过程中，金属液在浇注到模型中之后，会在模型中逐渐凝固，这时候颗粒之间的分离，分布不均也会导致应力的产生。
同时，金属液还会受到气流、浇口等因素的影响，因而产生没有规律的金属流动。
这些因素都会导致金属拉伸和压缩变形，从而使得金属内部出现应力。
第三、金属内部组织结构的影响
金属的内部结构是产生应力的关键之一。
铸造过程中，金属液在凝固的过程中，会出现晶粒拒绝现象，从而使得铸造材料存在着不同的晶粒组织和晶界，而不同的晶粒组织和晶界之间的应变状态是不同的，所以也就导致了应力的产生。
综上所述，铸造应力的产生机理主要包括：温度梯度的影响、金属流动的影响以及内部组织结构的影响等。
在铸造过程中，我们需要充分考虑这些因素，做好相关工作，以保证铸件的质量和安全性。
同时，在生产过程中，还需要加强管理，提高工人的技能水平，以及加强设备的维护保养，以确保铸造过程的有效运行。
铸造应力产生的原因
铸造应力产生的原因铸造应力是指金属在铸造过程中产生的内应力，其产生的原因主要有以下几个方面：1. 温度梯度引起的热应力：在铸造过程中，金属液体首先接触到模具的壁面，由于模具的温度较低，金属液体在接触面上迅速冷却凝固，而内部金属液体温度较高。
这样就会在金属件内部产生温度梯度，从而引起热应力。
当金属件表面和内部的温度梯度过大时，会使金属产生较大的热应力。
2. 冷却收缩引起的应力：金属在铸造过程中，由于冷却收缩而产生体积变化。
当金属凝固时，由于温度的降低，金属的体积会收缩。
而在铸造过程中，由于金属液体与模具接触，受到模具的限制而不能自由收缩，从而产生应力。
这种应力主要集中在金属的外层，如果收缩阻力较大，就会产生较大的应力。
3. 金属凝固过程中的相变引起的应力：在金属凝固过程中，由于相变的发生，会引起体积的变化，从而产生应力。
例如，当金属凝固时，晶粒从液态相变为固态相，由于晶粒的体积较大，就会产生应力。
这种应力主要集中在晶粒的界面上，如果晶粒的体积变化较大，就会产生较大的应力。
4. 金属流动引起的应力：在金属液体从浇口流入模腔的过程中，由于金属液体的流动速度不同，就会产生流动应力。
当金属液体流动速度较大时，由于惯性的作用，就会产生较大的流动应力。
这种应力主要集中在金属液体的表面层，如果流动速度较大，就会产生较大的应力。
5. 内部缺陷引起的应力：金属在铸造过程中，由于内部存在缺陷，如气孔、夹杂物等，就会在凝固过程中引起应力集中。
这些缺陷会使金属的力学性能降低，并且在受力作用下容易产生断裂。
以上是铸造应力产生的几个主要原因。
在铸造过程中，应合理控制这些应力的产生，采取相应的措施来减小应力的影响。
例如，可以通过合理设计模具，控制金属液体的流动速度，减小热应力的产生；在金属凝固过程中，可以采取适当的降温措施，减小冷却收缩引起的应力；同时，还可以通过改善金属的化学成分和净化金属液体，减小内部缺陷的产生，从而减小应力的影响。
铸造加工中的变形和应力分析
铸造加工中的变形和应力分析在铸造加工生产中，变形和应力分析是一项非常重要的任务。
通过对铸造加工过程中的变形和应力进行分析，我们可以更好地了解铸造加工的特性，优化设计和工艺，提高生产效率和质量。
首先，让我们来看一下铸造加工中的变形分析。
铸造加工过程中，金属材料经过加热、注模、凝固和冷却等过程，会产生一定的变形。
这些变形通常由以下几个因素引起：1.物理因素：如热膨胀、收缩等。
2.化学因素：如内部应力、晶格结构等。
3.加工因素：如注模压力、铸模温度、施力方向等。
为了减少这些变形，我们需要采取一些措施。
比如，可以通过合理控制铸造材料的成分、加热温度和加工过程中的操作方法等来减少变形。
此外，还可以使用一些辅助工具，如模具夹具、加热器等来帮助控制变形。
另外，对于一些需要高精度的零件，可以采用精密投影仪和坐标测量系统等工具来精确测量和控制变形。
除了变形分析外，应力分析也是铸造加工中不可忽视的一环。
在铸造加工过程中，很容易产生各种应力，如热应力、内应力、剪切应力等。
这些应力会产生许多不利的影响，如导致零件变形、影响零件的强度和韧性等。
为了减少这些应力，我们需要采取一些措施，例如选择合适的材料和设计合理的零件结构、调整加工过程中的参数等。
此外，我们还可以使用一些辅助工具来帮助进行应力分析和控制。
例如，可以使用有限元分析软件、应力测试仪等工具来帮助进行应力分析和控制。
在实际的铸造加工中，有效的变形和应力分析可以帮助我们更好地预测和控制铸造加工过程中的变形和应力，从而提高生产效率和零件质量。
另外，它也可以给我们提供一些有价值的信息，帮助我们优化设计和工艺，从而进一步提高铸造加工生产的效率和质量。
总之，变形和应力分析是铸造加工生产中非常重要的一环。
通过对变形和应力的分析和控制，我们可以更好地了解铸造加工的特性，提高生产效率和质量。
因此，在铸造加工生产中，我们应该充分重视变形和应力分析，并采取一些有效的措施来进行分析和控制。
铸造热应力产生的原因
铸造热应力产生的原因
铸造热应力是在铸造过程中产生的应力，主要由以下几个原因造成：
1.温度梯度引起的收缩差异： 铸造过程中，熔融金属在冷却过程中会逐渐凝固并收缩，而不同部位的金属凝固速度不同。
这会导致不同区域的金属产生不同的收缩量和收缩速度，形成温度梯度，从而引发热应力。
2.凝固收缩： 熔融金属从液态到固态的转变过程伴随着凝固收缩。
当金属冷却凝固时，原子结构从液态结构变为固态结构，体积会发生变化。
这种凝固收缩在不同区域和不同方向上的不同程度，会产生热应力。
3.金属及模具的变形和膨胀： 在铸造过程中，金属液态状态下具有较高的温度，在与模具接触的同时，金属会对模具施加一定的压力。
同时，金属冷却凝固时也会发生微小的形变和膨胀，这些变形和膨胀也会导致热应力的产生。
4.不均匀冷却和凝固速度： 铸件不同部位的厚度、形状和金属性质会导致其冷却和凝固速度不同，这种不均匀性也是产生热应力的原因之一。
这些因素共同作用下，导致了铸造过程中铸件内部和表面产生应力，若这些应力超出了材料的承受范围，则可能导致铸件产生缺陷或破裂。
因此，为了减轻铸造热应力，通常采取一些措施，如设计合理的铸件结构、选用合适的冷却方式、优化铸造工艺等。
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铸造热应力和热疲劳的产生、特点及其对构件使用性能的影响
铸造热应力和热疲劳的产生、特点及其对构件使用性能的影响09090311 宋子博关键词：铸造、热应力、热疲劳一、铸造热应力的产生零件各部分受热不同，温度不同，产生的变形也不同。
同时，零件材料产生变形的金属与变形小的金属或未产生变形的金属相互约束和牵制而产生由温差引起的应力，即热应力。
零件内外表面温差、同一截面上中心与边缘的温差均会产生热府力，高温面(或处)产生压应力，低温(或处)产生拉应力。
例如，柴油机气缸盖底面(触火面)温度高迭40～500℃，而冷却面温度为60～80℃。
底面金属受热的膨胀受冷却面未变形金属约束产生压应力，冷却面金属受高温底面变形金属的牵制产生拉应力。
底面中心和边缘也会由于温差在中心处产生保应力，在边缘处产生拉应力。
温差越大，热应力也越大。
而铸造热应力是由于铸件厚薄不同产生所产生的。
厚（粗）拉应力，厚薄相差越大，热应力越大。
厚大断面的铸件冷却后，外层存在压应力（冷却快），心部是拉应力（冷慢）。
固态线收缩越大，热应力越大。
三个阶段变化：1）高温段：均匀塑变(粗\细均为塑性变形)2）中温阶段：细(外,先冷)弹性变形，粗(后冷)塑性变形,弹性变形可以被塑性变形抵消一部分。
3）低温段：均是弹性变形(温度不同,变形量不一致),导致残余应力的产生。
结果：残余应力的分布情况:细(先冷)的最后被压缩，粗的(后冷)被拉伸。
二、铸造热应力的特点对构件使用性能的影响1. 热应力随约束程度的增大而增大。
由于材料的线膨胀系数、弹性模量与泊桑比随温度变化而变化，热应力不仅与温度变化量有关，而且受初始温度的影响。
2. 热应力与零外载相平衡，是由热变形受约束引起的自平衡应力，在温度高处发生压缩，温度低处发生拉伸形变。
3. 热应力具有自限性，屈服流动或高温蠕变可使热应力降低。
对于塑性材料，热应力不会导致构件断裂，但交变热应力有可能导致构件发生疲劳失效或塑性变形累积。
4. 定向凝固时，由于铸件各部分冷却速度不一致，产生的热应力较大，铸件易出现变形和裂纹。
铸造应力的产生、危害及防治措施
金属在凝固冷却的状态时，热胀冷缩引起的体积变化受到来自外界或其来自于本身的制约，就会导致其变形过程受到阻碍，就会产生一个铸造应力。
铸造的方法就是将加热熔融为液体的合金倒入事先准备好的模具中去使其填充满，等到热的液体变冷凝固以后，就得到链初步的毛坯产品。
除此之外，在整个铸造生产的过程中，特别是对于单件进行小批量的生产，如果工人的劳动条件较差、且劳动强度大，铸造的应用过程也会受到一定程度的限制。
铸造应力是当一个铸件冷却到其弹性状态之后，在收缩过程中会受到阻碍，进而产生的一种弹性应力。
铸造应力如果存在于机械设备中，会导致设备的结构强度降低，承载能力下降，使用寿命缩短等。
但通常我们讲的铸造应力一般指的是残余应力。
当铸件有残余应力存在的时候，铸件经过机械加工之后就有可能产生一个新的变形，导致零件的精准度降低、尺寸变差；如果铸件的工作应力和残存应力进行叠加就会损坏到铸件；倘若残存应力一直存在与铸件之内，经过长时间的积累之后就会使得铸件发生形变；如果铸件长时期处的环境都是潮湿有腐蚀性的空气中，那么时间长了以后就可能会让铸件被腐蚀掉。
所以，在浇注完毕的冷却过程中对与铸件中残存的应力的消除的研究是十分有必要的，这对于提升铸件的工艺品质是极其重要的。
当一个铸件凝固之后，伴随着温度的下降，铸件都会变为固态在这个过程中会发生相变，随着铸件变为固态的相变过程，相变体也会发生收缩或者膨胀的过程，由于铸件较为厚的外壁存在，所以外层的温度下降的很快，内层的温度下降的慢，所以壁厚越厚冷却用时越长。
这种现象致使一个完整的铸件的内层和外层以及薄厚不一样的地方的收缩程度不一样，这样的现象会影响到铸件的薄厚和内外层之间发生相互牵制的作用，导致铸件拉深或者发生不可逆的形变。
热应力现象就是由于铸造过程中铸件壁的薄厚不一致在相同的单位时间内它们收缩的程度不同而产生的一种现象。
要去研究热应力形成的条件，需要对金属在冷却的进程中内部的应力是如何进行分布的。
分析铸造产生热疲劳开裂的机理及对策
分析铸造产生热疲劳开裂的机理及对策铸造产生热疲劳开裂的机理及对策随着现代工业的发展，铸造技术在各个行业中得到广泛应用。
然而，铸造过程中常常会出现热疲劳开裂的问题，严重影响产品的质量与可靠性。
因此，深入分析铸造产生热疲劳开裂的机理，并提出相应的对策，对于提高铸造产品的质量具有重要意义。
一、机理分析1.热疲劳开裂的概念热疲劳开裂是指在高温下，由于材料内部或表面的热应力积累超过其承受能力而导致的裂纹形成。
其机理可分为两个方面：一是由于局部温度的快速升降导致材料的热应力积累；二是由于材料的热膨胀系数不匹配引起的温度应力。
2.热疲劳开裂的机理热疲劳开裂的机理主要包括以下几个方面：（1）热循环：在铸造过程中，材料会经历连续的加热和冷却过程，热循环导致了材料内部应力的积累。
（2）温度梯度：铸件的不同部位会存在温度梯度，温度梯度会引起材料内部的热应力。
（3）材料热膨胀：高温下，材料发生热膨胀，不同材料的热膨胀系数差异导致温度应力的产生。
（4）晶界滑动：材料中的晶界滑动过程会增加局部应力，导致开裂。
二、对策措施要解决铸造产生热疲劳开裂的问题，可以采取以下对策措施：1.材料选择合适选择合适的铸造材料，可以降低热疲劳开裂的风险。
应选择具有良好的高温强度和抗热疲劳性能的材料，如高温合金等。
2.合理设计减小温度梯度在铸造产品的设计过程中，应尽量减小温度梯度。
可以通过优化产品的结构设计，改变铸件的形状、厚度等参数，减少温度梯度对材料的影响。
3.改善冷却方式改善冷却方式可以有效降低铸造产生热疲劳开裂的风险。
可以采用定向凝固技术、加热均匀性控制技术等方式，控制产品的冷却速率，减少热应力的积累。
4.加强工艺控制严格控制铸造工艺参数，如浇注温度、冷却时间等，可以有效降低热疲劳开裂的风险。
并可通过精细调控生产过程中的热循环和温度梯度，减少热应力的产生。
5.改进材料处理工艺合理的材料处理工艺可以提高铸造产品的抗热疲劳性能，减少开裂的风险。
应力框铸件中铸造应力产生的原因
应力框铸件中铸造应力产生的原因应力框铸件的铸造应力是指在铸造过程中，由于组织形态、内部结构及温度变化引起的内部应力。
这些应力在铸件内部层与外部结构之间产生拉伸、压缩、扭曲、剪切等力。
不同的应力产生不同的影响和破坏效果。
因此，了解应力框铸件中铸造应力产生的原因是非常重要的。
一、铸造过程温度变化引起的应力在铸造过程中，铸液从进料口进入模型，流动过程中发生快速冷却，从而导致铸件中心的内部金属温度变化，由于温度变化引起了内部应力的产生。
铸造过程中，由于再结晶、初晶体生长等金属变形组织的改变，引起了应力场的变化。
这种热塑性变形引起的应力称为形变应力，主要由于金属热膨胀系数、熔点、相变热等因素引起。
二、铸造过程中固态相变引起的应力铸造过程中，液态铸造合金逐渐凝固，由于凝固过程中，组织结构的变化和固态相变的发生引起了应力产生。
例如，在铜铝合金中，由于固态晶体结构的变化引起了单向挤压应力的增加。
这些应力产生的原因主要与合金化学组成、过冷度、膨胀系数、热导率等因素有关。
三、应力框铸件中热应力的原因热应力是由于铸造过程中的温度变化引起的应力。
当液态合金在铸造过程中存在于热点区域中，产生高温下的热应力。
与此同时，冷却时产生的由于非均匀热变和热弹性杜瓦的应力引起了冷态应力的增加。
这些应力的产生与铸型材质、注入速度、冷却速率和温度梯度等因素有关。
四、应力框铸件中非均匀组织结构的原因在铸造过程中，由于组织变形、晶格变化等各种原因，导致合金组织不均匀，这会引起应力。
例如，在合金的高应力区域会产生残余应力。
铸造时费纲图等应用软件可以对不均匀变形进行预测，从而减小残余应力的产生。
以上介绍了应力框铸件中铸造应力产生的原因，每一种应力的产生与合金化学成分、铸造工艺、铸型材料和模具设计等因素有关。
由于铸造应力会影响铸件和工业制品的性能、寿命和质量，因此在铸造技术和模具设计中应引起足够的重视，采取相应的预防措施来降低这种应力的产生。
铸造合金的高温力学性能与疲劳寿命
铸造合金的高温力学性能与疲劳寿命铸造合金作为重要的结构材料，在高温环境中承受着巨大的力学应力。
因此，了解铸造合金的高温力学性能和疲劳寿命对于材料的选择和设计至关重要。
本文将介绍铸造合金的高温力学性能、疲劳寿命以及影响因素。
一、高温力学性能高温力学性能是指材料在高温下的力学行为，包括抗拉强度、屈服强度、延伸率等指标。
铸造合金在高温下的力学性能主要受以下因素影响：1. 成分：铸造合金的成分是决定其高温力学性能的重要因素之一。
一般来说，合金中添加了少量的合金元素（如钼、铬、钛等），可以显著提高其高温强度和抗氧化性能。
因此，在选择铸造合金时，需要考虑合金成分对高温力学性能的影响。
2. 微观结构：铸造合金的微观结构对其高温力学性能有着重要的影响。
合金的晶体尺寸、晶界结构、相分布等微观结构参数会直接影响合金的高温力学性能。
通过优化合金的热处理工艺、减小晶界能量等方法，可以提高铸造合金的高温力学性能。
3. 温度：高温环境下，材料的高温力学性能通常会发生变化。
一般来说，随着温度的升高，材料的抗拉强度会下降，而延伸率会增加。
因此，在高温环境下应用铸造合金时，需要对其高温力学性能进行评估，确保其能够满足工程需求。
二、疲劳寿命疲劳寿命是指材料在交变载荷下的承载寿命。
铸造合金在高温下的疲劳寿命是评价其使用性能的重要指标之一。
以下是影响铸造合金疲劳寿命的因素：1. 微观结构：合金的微观结构对其疲劳寿命有着重要的影响。
合金中的缺陷、晶体尺寸、晶界结构等会成为疲劳起裂的起始点，从而影响疲劳寿命。
通过精细控制合金的热处理工艺、减小晶界能量等方法，可以提高铸造合金的疲劳寿命。
2. 应力幅值：在高温环境下，应力对铸造合金疲劳寿命的影响更为显著。
通常情况下，应力幅值越大，疲劳寿命越短。
因此，在设计和应用铸造合金时，需要合理选择应力幅值，以延长其疲劳寿命。
3. 温度：高温环境下，材料的疲劳寿命会受到温度的影响。
一般来说，随着温度的升高，材料的疲劳寿命会下降。
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。
铸铝件的铸造应力
铸铝件的铸造应力铸铝件铸造应力包括热应力、相变应力及收缩应力三种。
各种应力产生的原因不尽相同。
1。
收缩应力铸铝件收缩时受到铸型、型芯的阻碍而产生拉应力所致。
这种应力是暂时的，铸铝件开箱是会自动消失。
但开箱时间不当，则常常会造成热裂纹，特别是金属型浇注的铝合金往往在这种应力作用下容易产生热裂纹。
铸铝合金件中的残留应力降低了合金的力学性能，影响铸件的加工精度。
铸铝件中的残留应力可通过退火处理消除。
合金因导热性好，冷却过程中无相变，只要铸件结构设计合理，铸铝件的残留应力一般较小。
2。
吸气性铝合金易吸收气体，是铸造铝合金的主要特性。
液态铝及铝合金的组分与炉料、有机物燃烧产物及铸型等所含水分发生反应而产生的氢气被铝液体吸收所致。
铝合金熔液温度越高，吸收的氢也越多；在700℃时，每100g铝中氢的溶解度为0。
5～0。
9，温度升高到850℃时，氢的溶解度增加2～3倍。
当含碱金属杂质时，氢在铝液中的溶解度显著增加。
铸铝件除熔炼时吸气外，在浇入铸型时也会产生吸气，进入铸型内的液态金属随温度下降，气体的溶解度下降，析出多余的气体，有一部分逸不出的气体留在铸件内形成气孔，这就是通常称的“针孔”。
气体有时会与缩孔结合在一起，铝液中析出的气体留在缩孔内。
若气泡受热产生的压力很大，则气孔表面光滑，孔的周围有一圈光亮层；若气泡产生的压力小，则孔内表面多皱纹，看上去如“苍蝇脚”，仔细观察又具有缩孔的特征。
铸铝件铸铝合金液中含氢量越高，铸件中产生的针孔也越多。
铸铝件中针孔不仅降低了铸件的气密性、耐蚀性，还降低了合金的力学性能。
要获得无气孔或少气孔的铸铝件，关键在于熔炼条件。
若熔炼时添加覆盖剂保护，合金的吸气量大为减少。
对铝熔液作精炼处理，可有效控制铝液中的含氢量。
铸铝件铸造应力包括热应力、相变应力及收缩应力三种。
各种应力产生的原因不尽相同。
1。
收缩应力铸铝件收缩时受到铸型、型芯的阻碍而产生拉应力所致。
这种应力是暂时的，铸铝件开箱是会自动消失。
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铸造热应力和热疲劳的产生、特点及其对
构件使用性能的影响
09090311 宋子博关键词：铸造、热应力、热疲劳
一、铸造热应力的产生
零件各部分受热不同，温度不同，产生的变形也不同。
同时，零件材料产生变形的金属与变形小的金属或未产生变形的金属相互约束和牵制
而产生由温差引起的应力，即热应力。
零件内外表面温差、同一截面上中心与边缘的温差均会产生热府力，高温面(或处)产生压应力，低温(或处)
产生拉应力。
例如，柴油机气缸盖底面(触火面)温度高迭40～500℃，而冷却面温度为60～80℃。
底面金属受热的膨胀受冷却面未变形金属约束产生压应力，冷却面金属受高温底面变形金属的牵制产生拉应力。
底面中心和边缘也会由于温差在中心处产生保应力，在边缘处产生拉应力。
温差越大，热应力也越大。
而铸造热应力是由于铸件厚薄不同产生所产生的。
厚（粗）拉应力，厚薄相差越大，热应力越大。
厚大断面的铸件冷却后，外层存在压应力（冷却快），心部是拉应力（冷慢）。
固态线收缩越大，热应力越大。
三个阶段变化：
1）高温段：均匀塑变(粗\细均为塑性变形)
2）中温阶段：细(外,先冷)弹性变形，粗(后冷)塑性变形,弹性变形可以被
塑性变形抵消一部分。
3）低温段：均是弹性变形(温度不同,变形量不一致),导致残余应力的产
生。
结果：残余应力的分布情况:细(先冷)的最后被压缩，粗的(后冷)被拉伸。
二、铸造热应力的特点对构件使用性能的影响
1. 热应力随约束程度的增大而增大。
由于材料的线膨胀系数、弹性模
量与泊桑比随温度变化而变化，热应力不仅与温度变化量有关，而且受初始温度的影响。
2. 热应力与零外载相平衡，是由热变形受约束引起的自平衡应力，在
温度高处发生压缩，温度低处发生拉伸形变。
3. 热应力具有自限性，屈服流动或高温蠕变可使热应力降低。
对于塑
性材料，热应力不会导致构件断裂，但交变热应力有可能导致构件发生疲劳失效或塑性变形累积。
4. 定向凝固时，由于铸件各部分冷却速度不一致，产生的热应力较大，
铸件易出现变形和裂纹。
从而直接影响工件的使用，在诸多内应力中,
热应力对工件的影响最大,是影响工件使用性能的主要因素。
三、热疲劳的产生
热疲劳的产生是由于当容器或构件由于其温度的反复变化而引起的。
有一些材料构件，在高温环境下受力，很容易产生“热疲劳”
四、热疲劳的特点及其对构件使用性能的影响
金属材料的热疲劳抗力不但与材料的导热性、比热等热力学性质有关，而且与弹性摸量E、屈服极限σs等力学性能关有。
所以导热性差的脆性材料，如灰口铸铁容易发生热疲劳破坏。
提高材料热疲劳抗力的途径主要有:
(1)尽可能地减少甚至消除零件上的应力集中和应变集中;
(2)提高材料的高温强度;
(3)提高材料的塑性;
(4)降低材料的热膨胀系数。
热疲劳稳定性主要决定于金属的韧性和强度。
热疲劳容易使工件产生裂纹，随着热疲劳的加剧，裂纹发生扩展。