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防爆電器鑄件缺陷：內應力、變形和裂紋產生原因及預防
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| 發布時間：
2022/1/21 |
防爆電器鑄件缺陷：內應力、變形和裂紋產生原因及預防
防爆電器鑄件出現變形和裂紋同樣是防爆電器鑄件的嚴重缺陷之一，是由澆注過程中防爆電器鑄件內形成的內應力引起的。所謂“防爆電器鑄件內應力”，是指防爆電器鑄件在鑄型內凝固后繼續冷卻過程中由于固態收縮受阻而產生的內部應力。內應力，按照產生原因可以分為熱應力和機械應力；按照屬性特征可以分為拉應力和壓應力。
防爆電器鑄件的內應力常常發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或者形體較大的防爆電器鑄件內部和外部。
1．應力、變形和裂紋的成因
防爆電器鑄件的內應力是防爆電器鑄件產生變形和裂紋的基本原因。這里簡單地討論一下防爆電器鑄件內應力的產生過程。
在鑄型中，當防爆電器鑄件凝固后由于交接處的壁厚相差較大，在繼續冷卻過程中它們的冷卻速度是不同的，因而同一時段各部分的收縮也是不同，于是便在防爆電器鑄件內部產生了應力。這種應力被稱為“熱應力”。在冷卻過程結束時，各部分都冷卻到室溫，這種應力便留存在防爆電器鑄件內。
鑄造合金凝固后防爆電器鑄件繼續冷卻過程如下:
這種繼續冷卻過程，從時間上分為3個階段：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，中期(T1-T2)，防爆電器鑄件的厚壁部分呈塑性狀態，而薄壁部分呈彈性狀態，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；從溫度上，分為2個階段：高于臨界溫度Tlj時，不管防爆電器鑄件的厚壁部分和薄壁部分都呈塑性狀態；低于臨界溫度Tlj時，不管防爆電器鑄件的厚壁部分和薄壁部分都呈彈性狀態。鑄造合金凝固后繼續冷卻過程如圖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，正是因為繼續冷卻過程各階段防爆電器鑄件的變形狀態不同，才導致防爆電器鑄件內部產生應力。當防爆電器鑄件處于塑性變形時，塑性變形即使受阻也不會引起防爆電器鑄件產生應力；當防爆電器鑄件處于彈性變形時，彈性變形在受阻時便會引起防爆電器鑄件產生應力。
在繼續冷卻過程的初期(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，于是防爆電器鑄件內不會產生應力。
在繼續冷卻過程的中期(T1-T2)，防爆電器鑄件的厚壁部分處于臨界溫度(Tl)之上，仍呈現塑性變形狀態，而薄壁部分處于臨界溫度(Tl)之下，則呈現彈性變形狀態。薄壁部分的彈性變形受阻后便在防爆電器鑄件內產生應力；這個應力會對厚壁部分產生阻礙作用，但是厚壁部分的塑性變形狀態吸收了這種變形阻力，因而不產生應力。
圖15防爆電器鑄件固態冷卻過程
1-厚壁部分；2-薄壁部分
在繼續冷卻過程的后期，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，都呈現彈性變形狀態，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，于是當防爆電器鑄件冷卻到室溫時，由于兩部分是連在一起的，收縮量應該是一樣的，所以厚壁部分內產生拉應力，薄壁部分內產生壓應力。
在防爆電器鑄件內除熱應力外，還存在一種叫作“機械應力”的應力。防爆電器鑄件的彈性變形受到鑄型、型芯和澆注、冒口等澆注系統的機械阻礙同樣會產生應力，這即是機械應力。機械應力是一種拉應力。
不管是熱應力還是機械應力，統稱為“鑄造應力”。它對防爆電器鑄件質量的影響很大，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，鑄造應力殘留在防爆電器鑄件中的殘余應力還會引起防爆電器鑄件發生變形和裂紋。這些都是不能容忍的。
2.應力、變形和裂紋的預防
盡可能地消除防爆電器鑄件的鑄造應力是防止防爆電器鑄件發生變形和裂紋的基本方法。
(1)優化防爆電器鑄件結構設計
在防爆電器鑄件設計時，人們應該盡可能地保證防爆電器鑄件各部分壁厚均勻一致；當交接壁的壁厚不一樣時，交接處盡可能地過渡平緩。
(2)改善鑄造工藝
?、僭谠煨凸に嚪矫妫谛托?、型砂中適當地加入木屑、焦炭末等添加物，控制舂砂的緊實度等措施來改善鑄型、型芯的退讓性。
?、谠跐沧⒐に嚪矫?，在澆注系統中，澆口應該設置在防爆電器鑄件薄壁部分，而在厚壁部分設置冷鐵，這樣就可以減小防爆電器鑄件各部分的溫差，基本上實現同時凝固。在實際應用中，灰鑄鐵適用于采用同時凝固原則。
(3)適時退火處理
防爆電器鑄件除應該進行時效處理外，還應該在粗加工后進行退火處理，消除殘余應力。例如，對于灰鑄鐵，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力。
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