应力框试验-指导师傅用

⑴ 应力框试验法

图14-1为测定铸造残余应力的框形铸件，由于I杆和II杆截面尺寸差别

图14-1 应力框铸件图

（A-A剖面中的三角形面积为锯断时的截面形状）

大，因而铸造后细杆I中形成压应力，粗杆II中形成拉应力。若在A-A截面处将粗杆锯开，锯至一定程度时，由于截面变小，粗杆被拉断。受弹性拉长的粗杆长度较自由收缩条件下的长度缩短，其缩短量L和铸造残留应力成正比，其值可根据锯断前、后粗杆上小凸台的长度(L0 ,L1）差求出，即△L＝L1一L0。铸造残留应力σ1和σ2的计算公式为：

细杆残留应力σ1＝－E

L1L0 (1) 2F1L(1)F2L1L0 (2) 2F2L(1)F1粗杆残留应力σ2＝－E

式（1）和式（2）中：

σ1、σ2—细杆、粗杆中的铸造应力（MPa）； L0,L1，—锯断前、后小凸台的长度（mm）； F1,F 2——细杆、粗杆的横截面积（mm2）； L—杆的长度，L=130mm；

E—弹性模量，普通灰铸铁取9×104MPa，球墨铸铁取1.8×105MPa。

3. 实验装置及材料

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

金属熔化炉（中频感应电炉）； 型砂（湿型粘土砂）；

铸造应力框试样的模样、型板和砂箱等； 台钳、游标卡尺、锉刀、钢锯、钢丝刷； 热处理炉（加热范围：室温～1000℃）； 快速测温头和测温表（测量金属液温度）。 铸铁凝固冷却过程热分析装置； 新生铁、废钢、回炉料、铁合金等。

4. 实验内容与步骤

本次实验测定应力框铸件（灰口铸铁）铸态及其退火热处理后的残余应力，2人1组，测定步骤如下：

(1) 造型（3个应力框试样）；

(2) 浇注（铁水温度为1330～1350℃）；

(3) 用热分析装置测试一个铸型中应力框铸件厚、薄壁的冷却曲线。

(4) 浇注后30min打箱，用钢丝刷刷去应力框铸件表面型砂；

(5) 将其中1个应力框放入热处理炉中，在550℃保温3小时后炉冷；

(6) 将上述2个应力框铸件的粗杆小凸台上成锐角相交的四个棱柱面锉平； (7) 用卡尺测量小凸台长度L0；

(8) 在小凸台A-A截面处从1、2、3三面依次锯开粗杆（见图14-1)，注意各锯口应在

垂直于杆轴线的同一平面内。

(9) 锯至粗杆断裂后，再测量小凸台长度L1，测量结果填入表14-1； (10) 计算铸造残余应力σ1和σ2；

表14-1 应力框铸件测量结果

状态 组别 L0 (mm） L1 (mm) L1一L0（mm） 测量值 铸态 1 2 3 退火，550℃， 3小时 1 2 3 平均值 σ1 (N/mm2) σ2 (N/mm2) 5. 实验报告要求

(1) 实验目的和实验简单原理；

(2) 实验内容及结果，列出同组的全部实验数据并计算；

(3) 结果分析，分析应力框残余应力的大小、分布及产生原因，人工时效消除应力的效

果（以百分数表示）等； (4) 完成思考题。

四：制定配料单

铁量为50公斤，则：

Z14生铁：50公斤＊36.8%＝18.4公斤 回炉料：50公斤＊50%＝25公斤 废钢：50公斤＊13.2%＝6.6公斤

75%硅铁：50公斤＊0.73%＝0.37公斤