铝合金铸造应力及产生的原因

  • 2025-09-28
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铸锭在凝固过程及随后的继续冷却过程中,在铸锭内产生的应力称铸造应力。铸造应力按性质可分为拉应力压应力,按作用时间长短可分为临时应力(当产生应力的原因被消除以后,应力即消失)和残余应力(产生应力的原因消除以后,应力依然存在);按产生的原因可分为热应力、相变应力和机械应力。所有的机械应力都是拉应力,且为临时应力。热应力和相变应力可表现为拉应力,也可表现为压应力,但热应力常常是残余应力而相变应力则因发生相变的时间和程度不同,可能是临时应力,也可能是残余应力。

热应力是导致变形铝合金铸锭产生裂纹的基本原因。连续铸造时,由于铸锭各部分的冷却速度不一致;使得同一时刻各部分的收缩量和收缩速率也不一致,因而使得各部分的收缩受到相互制约,于是在铸锭内形成了应力。这种应力是由于温度的变化引起的,故称热应力。热应力只有在金属材料达到弹性状态或部分处于弹性状态、部分处于塑性状态时才能形成。通常,金属材料的弹性模量愈大、线收缩系数愈大、铸锭断面的温度梯度愈大,则铸锭中产生的热应力也愈大。对铸锭中残余热应力的实测表明:铝合金材料的强度愈高、塑性愈低,铸锭的冷却强度愈大,结晶器高度愈低,扁铸锭宽厚比愈大,圆铸锭直径愈大,则铸锭中的残余热应力愈大。提高铸造速度,通常使铸锭内的残余热应力稍有下降。而集中导流使残余热应力有所提高。在其他条件相同时,液穴愈浅,残余热应力愈小。

相变应力是铸锭冷却过程中由于相转变引起的体积变化受到阻碍时产生的。对于变形铝合金,除了固溶度的变化外,一般不存在固态相转变的问题,故在铸造过程中,铸锭内的相变应力表现不明显。

机械应力是铸锭在水平或垂直方向收缩时由于受到结晶器、底座、芯子等外界条件的机械阻碍而产生的。拉锭阻力是采用滑动结晶器铸造时的一种特有的机械应力,它是铸锭相对结晶器滑动时由于摩擦及二者之间的黏着所引起的,当拉锭阻力大于铸锭表面当时的强度极限时,就会产生拉裂。