Меню

Вид напряжение при литье

Внутренние напряжения отливок

Внутренние напряжения возникают в стенках отливки, усадка которых тормозится сопротивлением элементов формы или действием смежных стенок. Усадочные раковины и пористость появляются в частях отливки, застывающих в последнюю очередь, — в утолщениях и массивах, теплоотвод от которых затруднен ( горячие узлы ).

Повышенные внутренние напряжения вызывают коробление отливки и могут привести к образованию трещин.

Со временем внутренние напряжения перераспределяются и частично рассеиваются в результате медленно протекающих диффузионных процессов ( естественное старение ). Через длительный промежуток времени (2—3 года) деталь меняет первоначальную форму, что недопустимо для точных машин (например, металлорежущих станков).

Усадочные напряжения возникают лишь на тех стадиях остывания, на которых металл теряет пластичность (для чугуна в интервале 500—600°С, для стали 600—700°С). При более высоких температурах изменение размеров компенсируется пластическим течением металла: здесь усадка проявляется лишь утонением стенок.

В коробчатой отливке длиной L и шириной l (рис. 463, а) внутренняя перегородка (на рисунке зачернена) остывает медленнее, чем горизонтальные стенки. Пусть в рассматриваемый момент перегородка имеет температуру t1, соответствующую температуре перехода металла из пластичного состояния в упругое, а стенки — более низкую температуру t2, при которой металл уже находится в упругом состоянии.

При дальнейшем остывании ниже температуры t1 материал перегородки твердеет и, сокращаясь, подвергается растяжению. Так как сокращение происходит в двух направлениях (по осям х и у), то в перегородке к концу остывания возникают двухосные напряжения растяжения, а в стенках — реактивные напряжения сжатия.

Если, наоборот, температура перегородки в исходный момент была ниже температуры стенок (вид б), то к концу остывания в перегородке возникают двухосные напряжения сжатия, а в стенках — растяжения.

Как правило, участки отливки, остывающие раньше, подвергаются сжатию , а участки, остывающие позднее, — растяжению .

Определим усадочные напряжения для случая, когда перегородка остывает позднее (см. рис. 463, а). Ограничимся рассмотрением деформаций по оси х.

К концу остывания перегородки должна была бы укоротиться на величину

а стенки — на меньшую величину

где l — длина стенок по оси х; α — коэффициент линейного расширения; t — конечная температура остывании. Разность

определяет напряжения в отливке. Согласно закону Гука

где Р — сила, возникающая в системе; E — среднее значение модуля нормальной упругости материала в интервале температур t1—t; F1 и F2 — площади сечений соответственно перегородки и стенок, нормальных к оси х (F1 = s1L; F2 = 2s2L).

Читайте также:  Автоматическое устройство от скачков напряжения

Напряжение растяжения в перегородке

Напряжение сжатия в стенках

Как видно из этих выражений, напряжения прямо пропорциональны произведению Eα, разности температур t1—t2, зависят от соотношения площадей сечении F1/F2 перегородки и стенок, но не зависят от их длины l.

Для уменьшения напряжений в перегородке целесообразно увеличивать ее толщину и уменьшать толщину горизонтальных стенок. Опасен случай тонких и узких (L’

Первопричиной усадочных напряжений является различие температур стенок. При t1 = t2 напряжения равны нулю. На этом основан способ одновременного затвердевания. Обеспечивая равномерное остывание отливки, при котором температура стенок в каждый данный момент одинакова, можно получить отливку, свободную от усадочных напряжений.

Источник



Тема 7.4. Литейные напряжения в отливках

Изменение размеров отливки при полном охлаждении по сравнению с теми, которые она имела после заполнения полости формы, называется усадочной деформацией. Усадочные деформации проявляются в форме линейной усадки и искривления осей отдельных элементов, или коробления.

При охлаждении отливки в форме при наличии выступов и полостей, оформленных стержнями, усадка реализуется не полностью, т.е. тормозится, что вызывает в отливке пластические деформации. Такая усадка

называется затрудненной, в отличие от свободной, происходящей в прямолинейных вытянутых элементах, изменению размеров которых при охлаждении ничего не препятствует.

В чистых цветных металлах, не имеющих полиморфных превращений, длина образца l т при температуре Т и при исходной длине l 0 довольно точно описывается полиномом

l т = l 0 (1 + а Т + в Т 2 + с Т 3 ), (7.34)

где а , в , с – коэффициенты, значения которых приведены в табл. 7.5.

Значения коэффициентов в формуле (7.34)

Предусадочное расширение является главной причиной снижения литейной усадки чугуна. Его величина зависит от податливости форм. В неподатливых металлических формах предусадочное расширение не проявляется. В малоподатливых сухих песчано-глинистых формах оно равно для обычного серого чугуна 0,05% и для высокопрочного – 0,15 %. Только в высокоподатливых сырых песчано-глинистых формах предусадочное расширение достигает максимального развития: в серых чугунах

– 0,3 -0,6 %, в высокопрочных чугунах – 0,6-0,9 %.

В обычных сталях оно находится в пределах 0,01 — 0,1 %. В легированных сталях предусадочное расширение может иметь ощутимое раз-

витие в связи с образованием карбидов, сопровождающимся увеличением объема. Например, в стали с содержанием 18 % хрома и 0,15 % углерода предусадочное расширение составляет 0,1 %, а при 1,0 % углерода достигает 0,6 %.

Читайте также:  Регулятор напряжения мерседес w211

В цветных сплавах также проявляется предусадочное расширение. Оно связано с содержанием газов. Так, например, исходный сплав — доэвтектический силумин (Al + 5,0 % Si) имел предусадочное расширение около 0,1 %, при его продувке водородом оно возросло до 0,26 %, однако в случае выдержки после продувки в течение 25 мин сплав вернулся к исходной величине расширения. Повторная длительная продувка без последующей выдержки увеличила предусадочное расширение до 0,7%. Вакуумирование цветных сплавов делает предусадочное расширение ничтожно малым.

Напряжения, возникающие в процессе охлаждения отливки в форме, называются литейными. Они могут быть как растягивающими, так и сжимающими. Напряжения, развивающиеся в макрообъемах отливки, называются напряжениями 1-го рода. Напряжения в пределах одного кристалла называют напряжениями 2-го рода. Напряжения, возникающие в объемах элементарных кристаллических ячеек, называют напряжениями 3-го рода. Все эти напряжения взаимосвязаны между собой. Для отливок наибольшее значение имеют макронапряжения 1-го рода.

Напряжения, действующие в некоторый момент в отливке, называют временными. Если напряжения таковы, что вызывают только упругие деформации, то после охлаждения и выравнивания температур они полностью снимаются. Если в отливке при некотором распределении температур происходят пластические деформации, то после охлажде-

ния и выравнивания температур возникают остаточные напряжения обычно обратного знака по сравнению с теми временными, которые были при высоких температурах.

Остаточные напряжения в литой заготовке могут совпасть по знаку с рабочими напряжениями в конструкции от внешних нагрузок и вызвать ее разрушение. Кроме того, остаточные напряжения при длительном воздействии могут вызывать недопустимые для нормальной работы конструкции деформации (например, в деталях станков).

Временные напряжения в отливках делятся на усадочные, фазовые и термические.

Усадочные напряжения вызываются механическим торможением со стороны формы при высоких температурах. В отливках из железных сплавов от температур ниже солидуса до 700 0 С они компенсируются пластическими деформациями. Ниже 700 0 С ввиду возрастания упругости они начинают накапливаться и достигают максимума при температуре около 200 0 С, т. е. перед выбивкой. После извлечения отливки из формы они обычно снимаются. Особенно большое развитие усадочные напряжения получают при литье в металлические формы.

Для усадочных напряжений в бруске с фланцами можно написать

σ = α т Е (Т 0 – Т),

где Т 0 – исходная температура; Т – температура, до которой брусок охладился.

Читайте также:  Стабилизатор напряжения релейный эра снк 1000 м

Величины α т и Е можно принимать как средние значения коэффициента усадки и модуля упругости в интервале Т 0 – Т.

Если считать, что пластическая деформация и податливость формы оцениваются относительной величиной L/L (где L – длина бруска), то

Источник

Литейное напряжение в стальных отливках. Виды напряжений

Литейные напряжение в отливке возникают в результате неравномерной и неоднородной усадки различных её частей.

В зависимости от причин вызвавших неравномерность усадки литейные напряжения можно разделить на:

· усадочные – обусловленные механическим торможением усадки отливки о стороны формы, выступающих частей и т.д.;

· термические – обусловлены различной температурой стенок отливки при кристаллизации;

· фазовые – возникают в результате неравномерного протекания фазовых превращений.

Напряжение усадочного характера определяется по уравнению:

Е – модуль упругости отливки; F – площадь сечении отливки; Еф – модуль упругости формы; Fф – площадь контакта формы с отливкой; Ɛ – усадка.

С повышение прочности формы или модуля упругости формы уровень напряжений возрастает.

Термические напряжения возникают в результате неравномерности различных слоев отливки. Чем больше размельчение в толщинах стенок, чем ниже теплопроводность стали, тем больше термические напряжения.

Фазовые превращения в стали всегда связаны с изменениями объема, в отливках эти превращения происходят не одновременно в разных ее частях и с различной полнотой. При превращении в мартенсит увеличение объема будет max, а в перлит –min. Возникшие на различных этапах затвердевания и охлаждения отливки напряжения суммируются и формируют остаточные напряжения в отливках.

Остаточные напряжения, существующие в отливках после выбивки из литейной формы, не имею особенно значения на качества отливок, если они не привели еще к каким-либо деформационным дефектам.

Остаточные напряжения, всегда снимаются с помощью термической обработки. Кроме того остаточные напряжения не отражает уровень временных напряжений, меняющихся в процессе охлаждения отливок.

Временные напряжения в основном приводят к возникновению трещин и различных дефектов.

Исследования кинетики литейных напряжений показали, что напряжения максимально повышаются в момент начала аустенитных превращений в тонких сечениях и в момент окончания аутенитных превращений в толстых сечениях.

При выбивке отливок из углеродистых и легированных сталей при различной температуре характер напряжений различен.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник