材料成形原理液態(tài)成形原理 內(nèi)應力

材料成形原理液態(tài)成形原理內(nèi)應力7伴隨凝固與冷卻過程產(chǎn)生的現(xiàn)象7.1由液態(tài)至常溫的體積變化7.2縮孔與縮松7.3在固相線附近溫度區(qū)間形成裂紋7.4冷卻過程產(chǎn)生的內(nèi)應力7.5凝固過程中的氣體問題7.4.1熱應力形成機制現(xiàn)象：緩慢鋸斷B桿，當最后剩余斷面抵抗不了拉應力，B桿將被拉斷，并發(fā)出響聲。

應力框試樣應力框試樣冷卻曲線圖內(nèi)應力隨時間的變化圖推廣：-壁厚不同區(qū)域，-斷面內(nèi)外區(qū)域，冷卻曲線、冷卻過程試樣內(nèi)應力隨時間的變化與應力框類似A–快冷區(qū)域，先凝固區(qū)域。壓應力B–慢冷區(qū)域，后凝固區(qū)域。拉應力殘留應力、臨時應力在室溫，材料內(nèi)部存在的應力稱為殘留應力（residualstress）。如：熱應力和相變應力臨時應力，例如：鑄型退讓性差引起的機械阻礙應力，清除鑄型后，應力就會消失。殘余應力的一般規(guī)律：殘留應力方向取決于該部位的冷卻速度。率先冷卻部位殘余壓應力，后冷卻部位殘余拉應力。所有使鑄件內(nèi)部溫度均勻的措施，都有利于減少殘留內(nèi)應力。

熱處理時加熱過程產(chǎn)生的工件內(nèi)部溫度不均，同樣會產(chǎn)生熱應力，也會引起工件變形或開裂。其機制與冷卻過程相同。

內(nèi)應力造成變形和裂紋應力框A、B桿斷面積如果設計不當，可能導致B桿出現(xiàn)熱裂或冷裂，或者A桿被壓彎。鐵道車輛側架（鑄鋼件，未切除澆注系統(tǒng)）

在清理砂型后，可以看到細小的內(nèi)澆道在壓應力作用下被壓彎。

內(nèi)澆道變形后，開口部的拉應力即消除。p260案例7.16：鑄件內(nèi)應力例一殘留應力是鑄件變形的主要原因當應力超過屈服極限時，自發(fā)進行變形→松弛和減小應力，趨于穩(wěn)定狀態(tài);殘留應力導致加工后變形。因為材料內(nèi)部殘留內(nèi)應力的平衡被破壞，新的變形又會產(chǎn)生，加工精度將會喪失。p261案例7.17：鑄件內(nèi)應力例一例：T形梁反變形工藝采取反變形或消除應力后矯正；不能用加工解決；例：平板鑄件的變形與防止合理的工藝設計7.4.2消除殘余應力的方法內(nèi)應力的本質(zhì)：晶格發(fā)生扭曲。在扭曲晶格上的原子能量較高，不穩(wěn)定。消除殘留內(nèi)應力的原理：讓原子發(fā)生能量交換，使能量趨于均衡。消除殘余應力的方法主要方法有：人工時效（熱處理）法：將鑄件加熱到塑性區(qū)溫度范圍下保溫，使應力消失，然后緩慢冷卻。自然時效法：將鑄件露天放置數(shù)月以上，使鑄件長時間經(jīng)受不斷變化的溫度的作用。共振法：用振動器使產(chǎn)生共振或亞共振，促使原子移動到低能位置，消除應力。這是耗時最短、不產(chǎn)生氧化皮和變形的方法。亞共振振動消除殘留應力p262案例7.181-控制柜，2-振動器，3、5-鋼板，6-橡膠墊，4-需要消除殘留應力的精密軸，直徑100mm，長915mm，Subresonantvibrations冷卻過程產(chǎn)生的應力，尤其機械阻礙應力超過材料的強度極限，就會出現(xiàn)裂紋。這種裂紋產(chǎn)生在冷卻過程中較低的溫度，所以被稱為冷裂。冷裂紋具有較低溫度開裂的特征。常產(chǎn)生于鑄件表面，通常是單條、極少分叉、寬度變化不大，邊緣鋒利，具有光亮表面。一般是穿晶斷裂，也可以是沿晶粒周界斷裂。裂口表面不存在氧化膜,是與熱裂區(qū)別的主要判斷標準?？梢匝由熘琳麄€斷面或不貫穿整個斷面。7.4.3冷裂鋼200-300℃，也可能是熱裂紋的擴展。鑄鐵機床床身冷裂p263案例7.20

砂型鑄造，烘干的粘土型芯。用鑄鐵制成的型芯骨架（箭頭2）過分靠近砂芯表面，型芯退讓性太差，框形鑄件收縮嚴重受阻。在相對最薄弱的帶孔側壁形成裂紋，貫穿整個斷面，完全斷開。鑄件報廢。鑄型退讓性太差，阻礙鑄件收縮是產(chǎn)生冷裂原因?；诣T鐵小型無心磨床床身的冷裂缺陷鑄型阻力與鑄件形狀密切相關，因型芯阻力產(chǎn)生冷裂，是最常見的例子，如框型、環(huán)型和筒形鑄件等。提高鑄型的退讓性是重要對策。在冬季清理鑄型時，低的室溫會增加應力，導致開箱時產(chǎn)生裂紋。裂紋傾向大的材料，鑄件離開鑄型