铸造应力
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残留应力 Residual Stress 临时应力 Temporary Stress
TSINGHUA UNIVERSITY
⑴ 热应力 Thermal Stress
1杆：拉应力 Tensile Stress
2杆：压应力： Compression Stress
⑵ 机械应力 Contraction Stress
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• 将上述2个应力框铸件的粗杆小凸台上成锐角相交的四个 棱柱面锉平；
• 用卡尺测量小凸台长度L0；在小凸台A-A截面处从1、2、 3三面依次锯开粗杆（见图14-1)，注意各锯口应在垂直 于杆轴线的同一平面内。
• 锯至粗杆断裂后，再测量小凸台长度L1，测量结果填入 表14-1；
铸件的凝固原则 Solidification Principle
顺序凝固原则 Directional Solidification：
在铸件上从远离冒口或浇 口到冒口或浇口之间建 立一个递增的温度梯度
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• 同时凝固原则：
Simultaneously Solidification :
– 减小铸件冷却过程中的温度差
• 同时凝固 Simultaneously Solidifying
– 减小机械阻碍：Reduction of Restraint
• 改善铸型和砂芯的溃散性
– 去应力退火：Relief Annealing
– 改进铸件结构，避免形成较大应力和应力集 中
TSINGHUA UNIVERSITY
铸件结构上各部分之间没 有温差或温差尽量小
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铸件凝固过程的类型
Solidification Style
• 逐层凝固方式：恒温下结 晶的纯金属或共晶合金， 在凝固过程中其铸件断面 上的凝固区域宽度等于零。
• 糊状凝固方式：如果铸件 断面温度场较平坦，或合 金的结晶温度范围很宽， 铸件凝固的某一段时间内， 其凝固区域在某时刻贯穿 整个铸件断面。
铸件的冷裂 Cold Cracking
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铸件的热裂 Hot Tearing
• 铸件的凝固方式 • 凝固时期受到阻碍
TSINGHUA UNIVEITY
减小和消除铸造应力的方法
– 选用弹性模量E和热膨胀系数 小的合金作为 铸件材质；
• 合金性质properties of alloys • 铸型条件 mould condition • 浇注条件 pouring condition • 铸件结构 casting structure
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铸造应力 Casting Stress
应力stress：物体由于外因（受力、温度变化 等）或内在缺陷而发生应变时，其内部任意 截面的两方即出现相互作用力，单位面积上 的这种作用力称为应力。
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实验14 铸造残余应力的测定
• 1. 实验目的
– 了解铸造残余应力的产生原因。 – 了解用应力框测定铸造残余应力的方法。 – 了解退火对消除残余应力的效果。
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合金的收缩性 The Contraction of Alloys
⑴ 收缩的概念 The Conception of the Contraction 体收缩率rate of volume Contraction 线收缩率 rate of linear Contraction
• 中间凝固方式
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3. 实验装置及材料
• 金属熔化炉（中频感应电炉）； • 型砂（湿型粘土砂）； • 铸造应力框试样的模样、型板和砂箱等； • 台钳、游标卡尺、锉刀、钢锯、钢丝刷； • 热处理炉（加热范围：室温～1000℃）； • 快速测温头和测温表（测量金属液温度）。 • 铸铁凝固冷却过程热分析装置； • 新生铁、废钢、回炉料、铁合金等。
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4. 实验内容与步骤
• 造型（3个应力框试样）； • 浇注（铁水温度为1330～1350℃）； • 用热分析装置测试一个铸型中应力框铸件
厚、薄壁的冷却曲线。
• 浇注后30min打箱，用钢丝刷刷去应力框铸 件表面型砂；
• 将其中1个应力框放入热处理炉中，在 550℃保温3小时后炉冷；
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⑵ 收缩的阶段 Contraction Stages
– 液态收缩 Liquid Contraction – 凝固收缩 Solidification Contraction – 固态收缩 Solid Contraction
⑶ 影响收缩的因素
– 自由收缩 free Contraction – 受阻收缩 hindered Contraction
拉应力 Tensile Stress
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收缩和铸造应力对铸件质量的影响
• 铸件的变形 Deformation of Casting
– 薄壁冷速快，压应力，伸长或外凸 – 厚壁冷速慢，拉应力，压缩或内凹
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• 计算铸造残余应力σ1和σ2；
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5. 实验报告要求
• 实验目的和实验简单原理； • 实验内容及结果，列出同组的全部实
验数据并计算； • 结果分析，分析应力框残余应力的大
小、分布及产生原因，人工时效消除 应力的效果（以百分数表示）等； • 完成思考题。
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⑴ 热应力 Thermal Stress
1杆：拉应力 Tensile Stress
2杆：压应力： Compression Stress
⑵ 机械应力 Contraction Stress
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• 将上述2个应力框铸件的粗杆小凸台上成锐角相交的四个 棱柱面锉平；
• 用卡尺测量小凸台长度L0；在小凸台A-A截面处从1、2、 3三面依次锯开粗杆（见图14-1)，注意各锯口应在垂直 于杆轴线的同一平面内。
• 锯至粗杆断裂后，再测量小凸台长度L1，测量结果填入 表14-1；
铸件的凝固原则 Solidification Principle
顺序凝固原则 Directional Solidification：
在铸件上从远离冒口或浇 口到冒口或浇口之间建 立一个递增的温度梯度
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• 同时凝固原则：
Simultaneously Solidification :
– 减小铸件冷却过程中的温度差
• 同时凝固 Simultaneously Solidifying
– 减小机械阻碍：Reduction of Restraint
• 改善铸型和砂芯的溃散性
– 去应力退火：Relief Annealing
– 改进铸件结构，避免形成较大应力和应力集 中
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铸件结构上各部分之间没 有温差或温差尽量小
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铸件凝固过程的类型
Solidification Style
• 逐层凝固方式：恒温下结 晶的纯金属或共晶合金， 在凝固过程中其铸件断面 上的凝固区域宽度等于零。
• 糊状凝固方式：如果铸件 断面温度场较平坦，或合 金的结晶温度范围很宽， 铸件凝固的某一段时间内， 其凝固区域在某时刻贯穿 整个铸件断面。
铸件的冷裂 Cold Cracking
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铸件的热裂 Hot Tearing
• 铸件的凝固方式 • 凝固时期受到阻碍
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减小和消除铸造应力的方法
– 选用弹性模量E和热膨胀系数 小的合金作为 铸件材质；
• 合金性质properties of alloys • 铸型条件 mould condition • 浇注条件 pouring condition • 铸件结构 casting structure
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铸造应力 Casting Stress
应力stress：物体由于外因（受力、温度变化 等）或内在缺陷而发生应变时，其内部任意 截面的两方即出现相互作用力，单位面积上 的这种作用力称为应力。
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实验14 铸造残余应力的测定
• 1. 实验目的
– 了解铸造残余应力的产生原因。 – 了解用应力框测定铸造残余应力的方法。 – 了解退火对消除残余应力的效果。
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合金的收缩性 The Contraction of Alloys
⑴ 收缩的概念 The Conception of the Contraction 体收缩率rate of volume Contraction 线收缩率 rate of linear Contraction
• 中间凝固方式
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3. 实验装置及材料
• 金属熔化炉（中频感应电炉）； • 型砂（湿型粘土砂）； • 铸造应力框试样的模样、型板和砂箱等； • 台钳、游标卡尺、锉刀、钢锯、钢丝刷； • 热处理炉（加热范围：室温～1000℃）； • 快速测温头和测温表（测量金属液温度）。 • 铸铁凝固冷却过程热分析装置； • 新生铁、废钢、回炉料、铁合金等。
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4. 实验内容与步骤
• 造型（3个应力框试样）； • 浇注（铁水温度为1330～1350℃）； • 用热分析装置测试一个铸型中应力框铸件
厚、薄壁的冷却曲线。
• 浇注后30min打箱，用钢丝刷刷去应力框铸 件表面型砂；
• 将其中1个应力框放入热处理炉中，在 550℃保温3小时后炉冷；
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⑵ 收缩的阶段 Contraction Stages
– 液态收缩 Liquid Contraction – 凝固收缩 Solidification Contraction – 固态收缩 Solid Contraction
⑶ 影响收缩的因素
– 自由收缩 free Contraction – 受阻收缩 hindered Contraction
拉应力 Tensile Stress
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收缩和铸造应力对铸件质量的影响
• 铸件的变形 Deformation of Casting
– 薄壁冷速快，压应力，伸长或外凸 – 厚壁冷速慢，拉应力，压缩或内凹
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• 计算铸造残余应力σ1和σ2；
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5. 实验报告要求
• 实验目的和实验简单原理； • 实验内容及结果，列出同组的全部实
验数据并计算； • 结果分析，分析应力框残余应力的大
小、分布及产生原因，人工时效消除 应力的效果（以百分数表示）等； • 完成思考题。