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实例数据分析:球墨铸铁处理内应力的工艺方法
时间 : 2022-01-26 08:06 浏览量 : 42

球墨铸铁和其他材料铸件一样,在成形过程中,因铸件不同部位冷速差异以及相变体积变化等原因使铸件内部产生应力。此外,采用抛丸方法清理铸件,以及铸件机械加工时马具的切削力和零件加紧力也会使铸件产生附加内应力。球墨铸铁件在生产过程中产生内应力是不可避免的。铸件的内应力在无约束的环境中会逐渐释放。释放时会使铸件尺寸和形状发生变化。而在有约束条件下(例如用螺丝钉或其他方式把铸件固定),将会在铸件内产生新的内应力导致球墨铸铁件内应力水平提高,甚至使铸件受到损伤。铸件使用前进行消减内应力处理,可显著降低残余内应力水平。


消减铸件内应力可以采用时效处理。按照处理方式不同,有自然时效处理、震动时效处理或消减内应力退火处理。自然时效处理需把铸件露天放置,历经寒暑,使铸件内应缓慢释放。这种处理方法耗时较长,但是内应力消减比较彻底。机床导轨一类加工后需要长期保持精密尺寸的铸件常采用这种时效处理方法。


震动时效是一种机械式消减内应方法。处理时把激振块固定于铸件,调整振动源使激振块产生与铸件频率相同的震动频率,从而产生共振。铸件金属晶格不断吸收振动能量,并通过矫正晶格畸变等方式使铸件内应力释放出来。振动时效处理所需的时间远少于自然时效处理,一般只需要几十分钟。能耗较少,应力消减迅速。


当前许多工厂采用热处理消减球墨铸铁件内应力。处理规范如下:铸件装入温度不超过200摄氏度的热处理炉后,以100摄氏度每小时速度加热到560—580摄氏度,开始进行保温。保温过程促使铸件由弹性状态改变为塑性状态。使铸件内部应力自由释放,达到消减内应力目的。合理的保温时间需视铸件厚度及复杂程度而定,一般为3—6小时。图8—3显示加热温度和保温时间对消减残余内应力效果的影响。600摄氏度保温虽可消除85%--90%残余内应力,但会使部分共析渗碳体分解或球化。非合金球墨铸铁加热温度不宜超过580摄氏度。在相同处理温度下,增加保温时间,能够提高铸件应力消除率。


球墨铸铁

加热温度和保温时间对消减残余应力的影响


球墨铸铁添加合金元素后会提高弹性-塑性转变温度。因此消除应力温度可适当提高到580—600摄氏度。加热温度是有限度的,这个限度就是在处理过程中不发生固态相变。


保温结束后,铸件在炉内缓慢冷却。缓慢冷却的主要目的是避免冷却过程中再产生新的、可能导致铸件变形的二次内应力。通常需要以每小时75摄氏度速度冷却到350摄氏度,再以每小时100摄氏度冷速冷却到200摄氏度出炉。同样加热温度下,原始内应力较高的铸件发生塑性变形速度较快,因此单位时间消除应力的效果会好些。


对于需要机械加工、要求比较彻底消除应力的球墨铸铁件,可以进行两次消减应力处理。机械加工前进行第一次处理,主要目的是消除铸造产生的内应力。但是铸件切削加工时,马具对铸件表面产生的压应力前剪应力以及工夹具对铸件产生的夹持力都会使铸件产生新的内应力。为了尽量减少铸件成品内存在的应力,可在粗加工后进行第二次消减内应处理。


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