铸造应力及其影响：临时应力与残留应力的区别

铸件凝固后会继续收缩，有些合金在冷却过程中发生固态相变，这使铸件的体积和尺寸发生变化。这种变化受到阻碍便会在铸件中产生应力，称为铸造应力。

产生铸造应力的原因被消除以后，应力也随之消失，则这种铸造应力称为临时应力；造成应力的原因消除之后，铸造应力依然存在，则这种应力称为残留应力。铸件落砂后并冷却到常温时，内部只存在残留应力。

铸造应力按其产生原因可分为：

1）热应力：铸件在冷却过程中，因各部分冷却速度不同，在同一时刻各部分的收缩量不同，铸件内各部位相互制约而产生的应力。

2）相变应力：具有固态相变的合金，铸件各部位冷却过程中的冷却条件不同，发生相变的时间也就不同，导致各部位的体积变化不同，因而使铸件内产生应力。

3）机械阻碍应力：铸件的收缩受到铸型、型芯、浇注系统和冒口等的阻碍而产生的应力。

合金凝固后处于塑性状态，在这种条件下即使铸件的收缩受阻，也不会产生应力。

铸件冷却到合金处于弹性状态时，其产生的应力超过合金的强度，铸件就会发生冷裂；应力低于合金的强度、高于合金的屈服强度，铸件就会产生塑性变形，导致尺寸变化；应力低于屈服强度，就产生弹性变形和残留应力。

残留应力对铸件质量影响很大。如果铸件在使用过程中，当所受外作用力方向和残留应力方向一致时，内、外应力总和超过材料强度时就会引起裂纹，甚至断裂。有残留应力的铸件，在机械加工切去金属层的同时，也破坏了应力的平衡关系，因而引起残留应力的重新分布而使零件变形，降低精度。在腐蚀性介质中工作的零件，还会因残留应力而产生所谓“应力腐蚀”，加速机件的腐蚀速度，降低机件的耐蚀性能。因此，应尽量减少铸件的残留应力。

1.减小铸造应力的措施和途径

1）选用弹性模量E和热膨胀系数α小的合金作为铸件材质。

2）减小铸件冷却过程中的温度差。

a）在铸件厚实部位放置冷铁或蓄热系数大的型砂（如炭素砂、镁砂、锆砂等），加速壁厚部位的冷却。(www.xing528.com)

b）对铸件厚实部分的铸型或型芯实行强制冷却。

c）在铸件壁薄处开内浇道，使铸件各部分温度趋于一致。

d）提高浇注时铸型的温度。此法广泛用于熔模铸造和金属型铸造中。

e）将铸件于红热状态开箱取出，尽快置于已加热到500～600℃的保温炉中，保持一定时间使铸件各部分温度趋于一致，然后在炉中缓慢冷却至200～250℃出炉。例如，高碳钢（w（C）=0.5%～0.7%）的火车车轮，壁厚不均，在冷却过程中形成很大热应力，易于引起裂纹。铸造工艺要求入炉时车轮温度不低于730℃，以防发生裂纹。

3）改善铸型和型芯的溃散性。

4）改进铸件结构，避免形成较大应力和应力集中。

图6-32所示为大型轮形铸件轮毂结构的改进实例。用厚度20～30mm的型芯块，把轮毂分隔成2～3块。这样可使轮缘和轮辐收缩时比较自由，避免形成过大的铸造应力和裂纹。最后用两个烧红的圆钢环箍紧被分割的轮毂。

2.消除铸件中残留应力的方法

消除铸件中残留应力的方法有自然时效、人工时效（消除应力退火）和共振时效等方法。

图6-32 改进轮毂结构以减小铸造应力