鑄造箱體環芯法殘余應力測試

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轉變到彈性狀態先后不一，互相牽制，形成殘余應力。殘余應力會引起鑄件翹曲變形，甚至開裂；或在機械加工和長期使用中應力重新分布，造成變形和尺寸精度的損失。為此，對于重要的灰口鑄件，特別是機床鑄件和精密儀器零件，需要進行低溫退火以消除殘余應力，保持零件尺寸穩定。本文主要是對鑄造箱體進行殘余應力測試，分析比較不同退火溫度對消除殘余應力的實際效果。
殘余應力測試方法
本次殘余應力測試方法為環芯法，就是在測試件的測點位置上粘貼電阻應變片，把應變片與應變儀連接起來，調整應變儀的平衡，然后在應變片的四周開槽，使該區間的殘余應力得到釋放。當加工溫度降至開槽前溫度時，通過應變儀記錄釋放的應變值，并計算出殘余應力。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
儀器采用聚航科技生產的jhhx環芯法殘余應力測量分析系統，由jhyc靜態應變儀和jhhx精密開槽裝置組成，軟件式操作，自動實時計算殘余應力，并實時顯示和保存應力應變數值。
鑄造箱體材質：ht300，彈性模量e=127gpa；泊松比μ=0.2；試驗標定a、b系數分別為-0.14996、-0.15978；測試環境溫度16℃。
測試點布置與橋路連接
測試點選擇在殘余應力可能較嚴重的截面上，即上平面和兩側面中間共三個點。兩次測量的測點位置保持一致，根據用戶要求，每個測點粘貼一片直角應變片，分別測試周向與垂直方向的應變，并計算其應力值。測量橋路采用單臂半橋，并用溫度補償片清除溫度效應。補償片粘貼在鑄造箱體遠離測點的尾部側面。
測試結果
500℃低溫退火測試結果及殘余應力
測點位置
方向
初始值
（με）
終值
（με）
殘余應變
（με）
殘余應力
（mpa）
1#點
x方向
-705
190
-895
-379.4
y方向
-1085
-160
-925
-355.3
2#點
x方向
-965
-160
-805
-335.7
y方向
-1020
-610
-410
-325.1
3#點
x方向
-875
-130
-745
-317.7
y方向
-1450
-535
-915
-293.9
600℃低溫退火測試結果與殘余應力
測點位置
方向
初始值
（με）
終值
（με）
殘余應變
（με）
殘余應力
（mpa）
1#點
x方向
0
274
-274
-116.8
y方向
0
335
-335
-108.1
2#點
x方向
0
144
-144
-62.0
y方向
0
221
-221
-56.2
3#點
x方向
0
-157
157
61.9
y方向
0
196
-196
67.0
測試結果討論
測試結果表明：由于該鑄造箱體含有合金元素cr成分，且有合金鑄鐵傾向，常規退火溫度550℃效果不理想，無法明顯減小殘余應力的影響。
一般情況下，退火溫度越高，應力消除的越徹底，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定性和抑制滲碳體的球化和石墨化過程。試驗結果表明，本次熱處理是成功的，殘余應力水平明顯降低，符合使用要求，并且通過另外的強度及硬度測試，機械性能指標幾乎不受影響。
南京聚航科技有限公司專注于應變儀,殘余應力檢測儀,殘余應力消除設備等