鑄造箱體環(huán)芯法殘余應(yīng)力測試

鑄件在凝固和冷卻過程中，由于鐵水自重的影響，以及各部位冷卻條件和尺寸不同而引起溫度和體積變化的差異，使各個部位由塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變到彈性狀態(tài)先后不一，互相牽制，形成殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力會引起鑄件翹曲變形，甚至開裂；或在機(jī)械加工和長期使用中應(yīng)力重新分布，造成變形和尺寸精度的損失。為此，對于重要的灰口鑄件，特別是機(jī)床鑄件和精密儀器零件，需要進(jìn)行低溫退火以消除殘余應(yīng)力，保持零件尺寸穩(wěn)定。本文主要是對鑄造箱體進(jìn)行殘余應(yīng)力測試，分析比較不同退火溫度對消除殘余應(yīng)力的實際效果。

殘余應(yīng)力測試方法

本次殘余應(yīng)力測試方法為環(huán)芯法，就是在測試件的測點位置上粘貼電阻應(yīng)變片，把應(yīng)變片與應(yīng)變儀連接起來，調(diào)整應(yīng)變儀的平衡，然后在應(yīng)變片的四周開槽，使該區(qū)間的殘余應(yīng)力得到釋放。當(dāng)加工溫度降至開槽前溫度時，通過應(yīng)變儀記錄釋放的應(yīng)變值，并計算出殘余應(yīng)力。槽開成15mm見方的井字形，深2-6mm。本測試槽深2mm，用φ20mm，寬4mm砂輪片銑削完成。

儀器及主要參數(shù)

儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JHHX環(huán)芯法殘余應(yīng)力測量分析系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHHX精密開槽裝置組成，軟件式操作，自動實時計算殘余應(yīng)力，并實時顯示和保存應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值。

鑄造箱體材質(zhì)：HT300，彈性模量E=127GPa；泊松比μ=0.2；試驗標(biāo)定A、B系數(shù)分別為-0.14996、-0.15978；測試環(huán)境溫度16℃。

測試點布置與橋路連接

測試點選擇在殘余應(yīng)力可能較嚴(yán)重的截面上，即上平面和兩側(cè)面中間共三個點。兩次測量的測點位置保持一致，根據(jù)用戶要求，每個測點粘貼一片直角應(yīng)變片，分別測試周向與垂直方向的應(yīng)變，并計算其應(yīng)力值。測量橋路采用單臂半橋，并用溫度補(bǔ)償片清除溫度效應(yīng)。補(bǔ)償片粘貼在鑄造箱體遠(yuǎn)離測點的尾部側(cè)面。

測試結(jié)果

500℃低溫退火測試結(jié)果及殘余應(yīng)力

600℃低溫退火測試結(jié)果與殘余應(yīng)力

測試結(jié)果討論

測試結(jié)果表明：由于該鑄造箱體含有合金元素Cr成分，且有合金鑄鐵傾向，常規(guī)退火溫度550℃效果不理想，無法明顯減小殘余應(yīng)力的影響。

一般情況下，退火溫度越高，應(yīng)力消除的越徹底，但是過高的加熱溫度會引起鑄件珠光體的球化和滲碳體的石墨化，降低材料的強(qiáng)度和硬度，影響使用性能。鑒于這一因素，將退火溫度提高至600℃，因為大部分合金元素都能提高碳化物的穩(wěn)定性和抑制滲碳體的球化和石墨化過程。試驗結(jié)果表明，本次熱處理是成功的，殘余應(yīng)力水平明顯降低，符合使用要求，并且通過另外的強(qiáng)度及硬度測試，機(jī)械性能指標(biāo)幾乎不受影響。