铸造箱体环芯法残余应力测试

时间：2023-09-22作者：南京聚航科技有限公司浏览：42

铸件在凝固和冷却过程中，由于铁水自重的影响，以及各部位冷却条件和尺寸不同而引起温度和体积变化的差异，使各个部位由塑性状态转变到弹性状态先后不一，互相牵制，形成残余应力。残余应力会引起铸件翘曲变形，甚至开裂；或在机械加工和长期使用中应力重新分布，造成变形和尺寸精度的损失。为此，对于重要的灰口铸件，特别是机床铸件和精密仪器零件，需要进行低温退火以消除残余应力，保持零件尺寸稳定。本文主要是对铸造箱体进行残余应力测试，分析比较不同退火温度对消除残余应力的实际效果。

残余应力测试方法

本次残余应力测试方法为环芯法，就是在测试件的测点位置上粘贴电阻应变片，把应变片与应变仪连接起来，调整应变仪的平衡，然后在应变片的四周开槽，使该区间的残余应力得到释放。当加工温度降至开槽前温度时，通过应变仪记录释放的应变值，并计算出残余应力。槽开成15mm见方的井字形，深2-6mm。本测试槽深2mm，用φ20mm，宽4mm砂轮片铣削完成。

仪器及主要参数

仪器采用聚航科技生产的JHHX环芯法残余应力测量分析系统，由JHYC静态应变仪和JHHX精密开槽装置组成，软件式操作，自动实时计算残余应力，并实时显示和保存应力应变数值。

铸造箱体材质：HT300，弹性模量E=127GPa；泊松比μ=0.2；试验标定A、B系数分别为-0.14996、-0.15978；测试环境温度16℃。

测试点布置与桥路连接

测试点选择在残余应力可能较严重的截面上，即上平面和两侧面中间共三个点。两次测量的测点位置保持一致，根据用户要求，每个测点粘贴一片直角应变片，分别测试周向与垂直方向的应变，并计算其应力值。测量桥路采用单臂半桥，并用温度补偿片清除温度效应。补偿片粘贴在铸造箱体远离测点的尾部侧面。

测试结果

500℃低温退火测试结果及残余应力

测点位置      方向		初始值 （με）	终值 （με）	残余应变 （με）	残余应力 （MPa）
1#点	X方向	-705	190	-895	-379.4
	Y方向	-1085	-160	-925	-355.3
2#点	X方向	-965	-160	-805	-335.7
	Y方向	-1020	-610	-410	-325.1
3#点	X方向	-875	-130	-745	-317.7
	Y方向	-1450	-535	-915	-293.9

600℃低温退火测试结果与残余应力

测点位置          方向		初始值 （με）	终值 （με）	残余应变 （με）	残余应力 （MPa）
1#点	X方向	0	274	-274	-116.8
	Y方向	0	335	-335	-108.1
2#点	X方向	0	144	-144	-62.0
	Y方向	0	221	-221	-56.2
3#点	X方向	0	-157	157	61.9
	Y方向	0	196	-196	67.0

测试结果讨论

测试结果表明：由于该铸造箱体含有合金元素Cr成分，且有合金铸铁倾向，常规退火温度550℃效果不理想，无法明显减小残余应力的影响。

一般情况下，退火温度越高，应力消除的越彻底，但是过高的加热温度会引起铸件珠光体的球化和渗碳体的石墨化，降低材料的强度和硬度，影响使用性能。鉴于这一因素，将退火温度提高至600℃，因为大部分合金元素都能提高碳化物的稳定性和抑制渗碳体的球化和石墨化过程。试验结果表明，本次热处理是成功的，残余应力水平明显降低，符合使用要求，并且通过另外的强度及硬度测试，机械性能指标几乎不受影响。


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