Страницы статьи: 1 2 3 4 5 |
4) в отливках, изготовленных из сплавов с большим коэффициентом линейного расширения а, следует считаться со значительными термическими напряжениями;
5) в отливках, изготовленных из сплавов с малой теплопроводностью, возникает большая разница температур (ΔT) в толстых и тонких частях отливки и, следовательно, большие напряжения.
Далее рассматриваются усадочные напряжения.
Усадочные напряжения вызываются механическим торможением усадки, следовательно, по своей природе они могут быть только растягивающими или срезающими и возникают как в тонких, так и в толстых сечениях, независимо от скорости остывания. Усадочные напряжения возникают в диапазоне температур, соответствующем упругим деформациям, и если устраняются причины их возникновения (например, выбивка отливки из формы, удаление стержней, ослабление формовочной смеси в местах, тормозящих усадку), напряжения должны исчезнуть; однако в некоторых случаях они могут остаться в отливке и при этом в тонких частях будут преобладать растягивающие напряжения, а в толстых-сжимающие.
Усадочные напряжения особенно опасны при заливке в металлические формы. Они могут появиться также во время остывания отливки после термической обработки в том случае, если отливка прочно закреплена в печи или в закалочном приспособлении.
Чем больше торможение усадки, тем значительнее усадочные напряжения. Так, например, в трубе, имеющей на концах фланцы, возникнут большие, чем в гладкой трубе, напряжения; труба с фланцами благодаря усадке укоротится меньше, чем гладкая труба.
На преодоление сопротивления, оказываемого формой или стержнями, большое влияние имеет толщина стенок отливки. Например, при изготовлении двух втулок с разной толщиной стенок в случае применения стержней одинакового диаметра, внутренний диаметр тонкой втулки получается большим, чем толстой втулки.
Фазовые напряжения возникают при превращениях в структуре сплава вследствие различия удельных объемов его отдельных структурных составляющих. Например, процесс графитизации чугунных отливок происходит более интенсивно в толстых, чем в тонких сечениях. Так как этот процесс связан с увеличением объема, то в толстых сечениях возникают сжимающие напряжения, а в тонких - растягивающие; эти напряжения имеют противоположный знак по сравнению с термическими напряжениями. В итоге напряжения в таких отливках уменьшаются, а в некоторых случаях могут даже изменить знак на противоположный, что особенно ярко проявляется в отливках из отбеленного чугуна, например, в валках (где графитизация происходит только в средней части). Приводимый пример требует указания, что описываемые фазовые напряжения могут возникнуть только, если вызываемые процессом графитизации изменения были связаны с упругими деформациями.
При медленном охлаждении отливок из углеродистой и низколегированной бтали превращение у а происходит при высокой температуре в области пластических деформаций, поэтому фазовые напряжения не возникают. Зато при быстром охлаждении, когда температура превращения у → а понижается и соответствует области упругих деформаций, напряжения могут создаваться. Их знак в зависимости от химического состава стали и условий остывания может совпадать со знаком термических напряжения или быть противоположным.
Литейные напряжения σ0 являются алгебраической суммой остаточных напряжений термических σтерм, усадочных σусад и фазовых σфаз
σ0 = σтерм + σусад + σфаз
В табл. 1 приведены знаки этих напряжений в зависимости от места их возникновения.
Знаки термических σтерм, усадочных σусад и фазовых σфаз напряжений в зависимости от места их возникновения в отливках
| Место возникнсцвения напряжений |
σтерм
|
σусад |
σфаз |
Перед
выбивкой |
После
выбивки |
Превращение у-> а |
Графитизация |
| В тонких сечениях и во внешних слоях отливки |
- |
+ |
+ или 0 |
+ |
+ |
В толстых сечениях и во внутренних слоях отливки
|
+ |
+ |
- или 0 |
+ |
- |
| Примечание. (+) - растягивающие напряжения, (-) - сжимающие напряжения. |
Из табл. 1 видно, что термические напряжения вызывают сжатие в тонких сечениях отливки и растяжение в толстых ее частях. Усадочные напряжения (перед выбивкой из формы) вызывают как в тонких, так и в толстых сечениях растягивающие напряжения, которые почти всегда исчезают после выбивки. Фазовые же напряжения, в зависимости от происходящих в сечениях отливки фазовых изменений, могут быть растягивающими и сжимающими., Напряжения, вызванные графитизацией, являются сжимающими в толстых сечениях и растягивающими - в тонких. В отливках из углеродистой стали преобладают термические напряжения, а в отливках из легированной стали большое значение имеют фазовые напряжения.
Большую опасность для отливок представляют случаи, когда отдельные виды напряжений имеют одинаковые знаки и суммируются. Так происходит, например, в толстых сечениях, где суммируются термические и усадочные напряжения. Большее значение имеют в этом отношении фазовые напряжения для отливок из стали. Очевидно, что чрезмерное утолщение сечений в этих случаях не только не полезно, но даже вредно.
С течением времени литейные напряжения могут уменьшиться из-за частичного перехода упругих деформаций в остаточные. Этот процесс происходит особенно интенсивно в сером чугуне благодаря его свойству выравнивать напряжения. Чтобы уменьшить напряжения, иногда применяются так называемое вылеживание отливок, состоящее в том, что отливку в течение длительного времени (иногда на протяжении двух лет) выдерживают на открытом воздухе при различных атмосферных условиях. Путем термической: обработки отливок напряжения можно снять значительно скорее. Вылеживание применяется прежде всего для крупных чугунных отливок, особенно, когда литейный цех не располагает достаточно большими печами для их термической обработки. Вылеживание чугунных отливок в течение двух лет является чрезмерным; считается, что вылеживание отливок в течение приблизительно трех месяцев равноценно их отпуску при температуре 180-350° в течение нескольких часов.
В результате возникновения напряжений в отливке могут появиться деформации или трещины. Вопрос о трещинах будет рассмотрен ниже.
Страницы статьи: 1 2 3 4 5 |
Опубликовано: 2014.09.02 Обновлено: 2014.10.05 |
