[發明專利]一種確定灰鑄鐵離心鑄型材料許用應力的方法

有效

• 申請號: 201210586785.6
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103048204A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 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: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18
• 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，具體涉及一種確定灰鑄鐵離心鑄型材料在高溫條件下許用應力的方法。

背景技術

最常用的離心鑄型材料是脆性較大的灰鑄鐵材料，由于對灰鑄鐵的高溫力學性能試驗極少，基礎數據十分匱乏。在傳統的離心鑄型設計中，人們往往只是以灰鑄鐵在靜態條件下的常溫力學性能作為鑄型設計的參照依據，而離心鑄型在高溫、高速的工況下工作，與常溫力學性能相比，材料的高溫力學性能會降低很多，灰鑄鐵的脆性表現得十分突出，即便是通過較大余度來考慮材料強度，往往也是不夠充分的。在目前已收集到的6個離心鑄造事故案例中，除了1例是因鑄鋼離心鑄型上用于鎖緊蓋板的螺栓斷裂而造成傷亡事故，其余的5例均是由于灰鑄鐵離心鑄型發生破裂而導致的傷亡事故。迄今為止，尚未有灰鑄鐵鑄型材料在高溫條件下的許用應力資料，設計人員全憑個人經驗進行灰鑄鐵離心鑄型的設計，這也是離心鑄造中造成人員傷亡事故時有發生的重要原因。

從現有的技術資料（機械工程學會鑄造學會.鑄鐵手冊[M].北京:機械工業出版社.1979第一版；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，灰鑄鐵材料高溫力學性能的概況為（括號中為個例資料）：灰鑄鐵在20℃至400℃抗拉強度變化不大，抗拉強度在150～250℃稍有下降，400℃時抗拉強度較高（200～350MPa），在400℃以上抗拉強度下降，在500℃時還有較高的抗拉強度（160～280MPa），在600℃時仍有一定的抗拉強度（110～190MPa）。所以通常情況下灰鑄鐵的使用溫度控制在700℃以內。

由于灰鑄鐵的伸長率極低，從HT150～HT300的灰鑄鐵，其拉伸斷裂時的斷后伸長率在0.3%～0.8%之間，在離心鑄造中發生鑄型破裂事故的鑄型材質絕大多數是灰鑄鐵。灰鑄鐵是典型的脆性金屬材料，但其高溫力學性能基礎資料極為匱乏，故灰鑄鐵許用應力的確定十分困難。在灰鑄鐵國家標準包含的6個牌號中，灰鑄鐵HT100與HT150由于強度太低不能用于受力的鑄件；而灰鑄鐵HT300與HT350由于脆性太高也不常用于離心鑄造鑄型材料；灰鑄鐵HT200與HT250是離心鑄型材料的常用牌號。對于脆性金屬材料，許用應力[σ]為抗拉強度σ_b除以安全因數N，即[σ]=σ_b/N。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種確定灰鑄鐵離心鑄型材料在高溫條件下許用應力的方法。

灰鑄鐵在20℃至400℃范圍內，抗拉強度變化不大，溫度高于400℃時，抗拉強度下降較快。我們在確定灰鑄鐵離心鑄型的許用應力時，分為兩個溫度段——20℃至400℃及400℃～700℃范圍內來進行研究。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：

一種確定灰鑄鐵離心鑄型材料許用應力的方法，分段確定20℃～400℃范圍內灰鑄鐵離心鑄型材料的許用應力和400℃～700℃范圍內灰鑄鐵離心鑄型材料的許用應力；

其中，20℃～400℃范圍內灰鑄鐵離心鑄型材料許用應力的確定，包括如下步驟：

確定20℃時灰鑄鐵離心鑄型材料的許用應力[σ₂₀]為

[σ20]=σb20N]]>

式中，σ_b20為20℃時灰鑄鐵的抗拉強度，N為安全因數，取N=11～13；

確定400℃時灰鑄鐵離心鑄型材料許用應力[σ₄₀₀]為

[σ400]=σb400N,]]>