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防爆電器鑄件缺陷：內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋產(chǎn)生原因及預(yù)防
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| 發(fā)布時(shí)間：
2022/1/21 |
防爆電器鑄件缺陷：內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋產(chǎn)生原因及預(yù)防
防爆電器鑄件出現(xiàn)變形和裂紋同樣是防爆電器鑄件的嚴(yán)重缺陷之一，是由澆注過程中防爆電器鑄件內(nèi)形成的內(nèi)應(yīng)力引起的。所謂“防爆電器鑄件內(nèi)應(yīng)力”，是指防爆電器鑄件在鑄型內(nèi)凝固后繼續(xù)冷卻過程中由于固態(tài)收縮受阻而產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力，按照產(chǎn)生原因可以分為熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力；按照屬性特征可以分為拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。
防爆電器鑄件的內(nèi)應(yīng)力常常發(fā)生在防爆電器鑄件上不同壁厚交接的尺寸懸殊較大的各部分內(nèi)或者形體較大的防爆電器鑄件內(nèi)部和外部。
1．應(yīng)力、變形和裂紋的成因
防爆電器鑄件的內(nèi)應(yīng)力是防爆電器鑄件產(chǎn)生變形和裂紋的基本原因。這里簡(jiǎn)單地討論一下防爆電器鑄件內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生過程。
在鑄型中，當(dāng)防爆電器鑄件凝固后由于交接處的壁厚相差較大，在繼續(xù)冷卻過程中它們的冷卻速度是不同的，因而同一時(shí)段各部分的收縮也是不同，于是便在防爆電器鑄件內(nèi)部產(chǎn)生了應(yīng)力。這種應(yīng)力被稱為“熱應(yīng)力”。在冷卻過程結(jié)束時(shí)，各部分都冷卻到室溫，這種應(yīng)力便留存在防爆電器鑄件內(nèi)。
鑄造合金凝固后防爆電器鑄件繼續(xù)冷卻過程如下:
這種繼續(xù)冷卻過程，從時(shí)間上分為3個(gè)階段：初期(T0-T1)，防爆電器鑄件的厚壁部分和薄壁部分都呈塑性狀態(tài)，中期(T1-T2)，防爆電器鑄件的厚壁部分呈塑性狀態(tài)，而薄壁部分呈彈性狀態(tài)，后期(T2-T3)，防爆電器鑄件的厚壁部分和薄壁部分都呈彈性狀態(tài)；從溫度上，分為2個(gè)階段：高于臨界溫度Tlj時(shí)，不管防爆電器鑄件的厚壁部分和薄壁部分都呈塑性狀態(tài)；低于臨界溫度Tlj時(shí)，不管防爆電器鑄件的厚壁部分和薄壁部分都呈彈性狀態(tài)。鑄造合金凝固后繼續(xù)冷卻過程如圖15所示。
在圖15中，Tls為冷卻開始溫度，Tl為臨界溫度，T0為室溫。
由圖15分析可知，正是因?yàn)槔^續(xù)冷卻過程各階段防爆電器鑄件的變形狀態(tài)不同，才導(dǎo)致防爆電器鑄件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。當(dāng)防爆電器鑄件處于塑性變形時(shí)，塑性變形即使受阻也不會(huì)引起防爆電器鑄件產(chǎn)生應(yīng)力；當(dāng)防爆電器鑄件處于彈性變形時(shí)，彈性變形在受阻時(shí)便會(huì)引起防爆電器鑄件產(chǎn)生應(yīng)力。
在繼續(xù)冷卻過程的初期(T0-T1)，防爆電器鑄件的厚壁部分和薄壁部分都處于臨界溫度(Tl)之上，都呈塑性變形狀態(tài)，于是防爆電器鑄件內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。
在繼續(xù)冷卻過程的中期(T1-T2)，防爆電器鑄件的厚壁部分處于臨界溫度(Tl)之上，仍呈現(xiàn)塑性變形狀態(tài)，而薄壁部分處于臨界溫度(Tl)之下，則呈現(xiàn)彈性變形狀態(tài)。薄壁部分的彈性變形受阻后便在防爆電器鑄件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力；這個(gè)應(yīng)力會(huì)對(duì)厚壁部分產(chǎn)生阻礙作用，但是厚壁部分的塑性變形狀態(tài)吸收了這種變形阻力，因而不產(chǎn)生應(yīng)力。
圖15防爆電器鑄件固態(tài)冷卻過程
1-厚壁部分；2-薄壁部分
在繼續(xù)冷卻過程的后期，防爆電器鑄件的厚壁部分和薄璧部分同處于臨界溫度(Tlj)之下，都呈現(xiàn)彈性變形狀態(tài)，但是厚壁部分的溫度比薄壁部分的溫度高，因而收縮量比薄壁部分的大，于是當(dāng)防爆電器鑄件冷卻到室溫時(shí)，由于兩部分是連在一起的，收縮量應(yīng)該是一樣的，所以厚壁部分內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，薄壁部分內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力。
在防爆電器鑄件內(nèi)除熱應(yīng)力外，還存在一種叫作“機(jī)械應(yīng)力”的應(yīng)力。防爆電器鑄件的彈性變形受到鑄型、型芯和澆注、冒口等澆注系統(tǒng)的機(jī)械阻礙同樣會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，這即是機(jī)械應(yīng)力。機(jī)械應(yīng)力是一種拉應(yīng)力。
不管是熱應(yīng)力還是機(jī)械應(yīng)力，統(tǒng)稱為“鑄造應(yīng)力”。它對(duì)防爆電器鑄件質(zhì)量的影響很大，不僅降低防爆電器鑄件的精度，縮短防爆電器鑄件的使用壽命，而且在存放、加工和使用過程中，鑄造應(yīng)力殘留在防爆電器鑄件中的殘余應(yīng)力還會(huì)引起防爆電器鑄件發(fā)生變形和裂紋。這些都是不能容忍的。
2.應(yīng)力、變形和裂紋的預(yù)防
盡可能地消除防爆電器鑄件的鑄造應(yīng)力是防止防爆電器鑄件發(fā)生變形和裂紋的基本方法。
(1)優(yōu)化防爆電器鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在防爆電器鑄件設(shè)計(jì)時(shí)，人們應(yīng)該盡可能地保證防爆電器鑄件各部分壁厚均勻一致；當(dāng)交接壁的壁厚不一樣時(shí)，交接處盡可能地過渡平緩。
(2)改善鑄造工藝
①在造型工藝方面，在型芯、型砂中適當(dāng)?shù)丶尤肽拘肌⒔固磕┑忍砑游铮刂启┥暗木o實(shí)度等措施來(lái)改善鑄型、型芯的退讓性。
②在澆注工藝方面，在澆注系統(tǒng)中，澆口應(yīng)該設(shè)置在防爆電器鑄件薄壁部分，而在厚壁部分設(shè)置冷鐵，這樣就可以減小防爆電器鑄件各部分的溫差，基本上實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固。在實(shí)際應(yīng)用中，灰鑄鐵適用于采用同時(shí)凝固原則。
(3)適時(shí)退火處理
防爆電器鑄件除應(yīng)該進(jìn)行時(shí)效處理外，還應(yīng)該在粗加工后進(jìn)行退火處理，消除殘余應(yīng)力。例如，對(duì)于灰鑄鐵，中小型防爆電器鑄件在550-660度的溫度條件下保溫3一熊后再緩慢冷卻，就可以基本消除防爆電器鑄件的殘余應(yīng)力。
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