[發明專利]一種塑性金屬鑄型材料許用應力的計算方法

有效

• 申請號: 201210586150.6
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103091469A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 楊為勤;楊大韜
• 申請（專利權）人: 武昌船舶重工有限責任公司
• 主分類號: G01N33/20
• 分類號: G01N33/20
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 劉麗君

技術領域

本發明屬于離心鑄造技術領域，具體涉及一種塑性金屬鑄型材料許用應力的計算方法。

背景技術

在離心鑄造中，塑性金屬是常用的鑄型材料，包括碳素鑄鋼、鉻鉬鑄鋼、球墨鑄鐵。對于這些塑性金屬材料來說，其許用應力[σ]為屈服強度σ_0.2除以安全因數N，即[σ]＝σ_0.2/N。但是由于鑄型材料的高溫力學性能試驗較少，基礎數據較為匱乏，導致高溫條件下鑄型材料屈服強度σ_0.2數據不全，同時安全因數N的值一直沒有找到可靠的方法求得。故在鑄型的設計過程中，對塑性金屬鑄型材料的選擇，往往只是以塑性金屬鑄型材料在靜態條件下的常溫力學性能作為鑄型設計的參照依據，而鑄型在特殊的高溫、高速環境下工作，與常溫力學性能相比，材料的高溫力學性能會降低很多，即便是通過考慮一些余度來選擇離心鑄型材料，往往是不夠充分的。目前尚未有鑄型材料在高溫條件下的許用應力資料。

從鑄造手冊（機械工程學會鑄造學會.鑄造手冊第2卷，鑄鋼[M].北京:機械工業出版社.2011第三版；機械工程學會鑄造學會.鑄造手冊第1卷，鑄鐵[M].北京:機械工業出版社.2011第三版）中，可以查到各種塑性金屬材料的高溫力學性能為：

（1）碳素鑄鋼的高溫力學性能：碳素鑄鋼的屈服強度在20至400℃緩慢下降，400℃時有較高的屈服強度和伸長率（σ_0.2=160MPa，δ=15%），在400～500℃之間下降明顯，500℃時還有一定的屈服強度和伸長率（σ_0.2=130MPa，δ=26%），在550℃時仍有一定的屈服強度和伸長率（σ_0.2=120MPa，δ=23%）。碳素鑄鋼中的ZG230-450與ZG270-500是離心鑄型材料的常用牌號。

（2）鉻鉬鑄鋼的高溫力學性能：鉻鉬鑄鋼在20℃至400℃時屈服強度變化不大，400℃～550℃范圍內屈服強度緩慢下降，550℃時有很高的屈服強度和伸長率（σ_0.2=260MPa，δ=24%），在550～650℃之間下降加快，650℃時仍有相當高的屈服強度和伸長率（σ_0.2=205MPa，δ=30%）。鉻鉬鑄鋼中的ZG20CrMo、ZG25CrMo是離心鑄型材料的常用牌號。

（3）球墨鑄鐵的高溫力學性能：a.鐵素體球墨鑄鐵的屈服強度在20℃至400℃緩慢下降，400℃時有較高的屈服強度和伸長率（σ_0.2=255MPa，δ=12%），在400～500℃之間下降明顯，500℃時仍有一定的屈服強度和伸長率（σ_0.2=145MPa，δ=8%）；600℃時仍有一定的屈服強度和伸長率（σ_0.2=90MPa，δ=9%），在高于600℃時屈服強度下降顯著，700℃時屈服強度較低，伸長率提高（σ_0.2=45MPa，δ=16%）；b.珠光體球墨鑄鐵的屈服強度在20℃至450℃緩慢下降，450℃時有較高的屈服強度和伸長率（σ_0.2=375MPa，δ=12%），在450～550℃之間下降較大，550℃時仍有較高的屈服強度和伸長率（σ_0.2=237MPa，δ=17.7%），600℃時仍有一定的屈服強度和伸長率（σ_0.2=165MPa，δ=37.2%），在高于650℃時屈服強度下降顯著，700℃時屈服強度較低（σ_0.2=73MPa，δ=17.6%）。球墨鑄鐵中的QT450-10（主要基體組織為鐵素體）與QT500-7（主要基體組織為鐵素體和珠光體）是離心鑄型材料的常用牌號。

從上述資料可以看出，塑性金屬材料不論是碳素鑄鋼、鉻鉬鑄鋼，還是球墨鑄鐵，在20℃至400℃范圍內，它們的高溫力學性能的變化都不大，400℃以上時，其屈服強度都加快下降。

對于塑性金屬材料，許用應力[σ]為屈服強度σ_0.2除以安全因數N，即[σ]=σ_0.2/N，但是由于高溫條件下鑄型材料屈服強度σ_0.2數據缺乏，安全因數N無法準確求得，使得塑性金屬材料在高溫條件下的許用應力難以準確獲得，導致離心鑄造設計人員只能憑經驗進行離心鑄型的設計，無法滿足實際生產過程中的要求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種可靠的塑性金屬鑄型材料許用應力計算方法，為離心鑄造時選用鑄型材料提供了較為可靠的許用應力的依據。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：