熱時效溫度和保溫時間對鑄件殘余應(yīng)力和成本的影響

張龍江,王洪濤

（共享裝備股份有限公司,寧夏銀川 750021）

在鑄件冷卻和凝固過程中，由于收縮受阻、各部位冷卻速度不同以及組織轉(zhuǎn)變引起體積變化等原因，不可避免的在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力。鑄件殘余應(yīng)力會使鑄件在存放、后序加工以及使用過程中產(chǎn)生變形或開裂，降低鑄件的尺寸精度和使用性能，甚至導(dǎo)致鑄件報廢。因此，在機械加工前應(yīng)對鑄件進行消減殘余應(yīng)力處理[1-3]。

目前，消除殘余應(yīng)力的方法主要有熱時效、型內(nèi)時效、振動時效和自然時效[4]。其中，熱時效是一種應(yīng)用最為廣泛的消減殘余應(yīng)力的方法。熱時效工藝的關(guān)鍵控制參數(shù)主要有升溫速率、保溫溫度、保溫時間、降溫速率和出窯溫度。提高熱時效溫度或者延長保溫時間，都可以有效降低鑄件的殘余應(yīng)力，但哪一種措施的效果更好、成本更低，目前未見相關(guān)報道。

1 實驗方法

表1為不同熱時效溫度和保溫時間下鑄件的殘余應(yīng)力和應(yīng)力消減程度，數(shù)據(jù)來源為《鑄造手冊-鑄鐵》第4.5.2章節(jié)-灰鑄鐵常用的熱處理工藝。

本文時效工藝參數(shù)中保溫溫度（因素A）取500℃、550℃和 600℃，保溫時間（因素 B）取 3h、6h、9h。采用方差分析的方法來分析不同因素對殘余應(yīng)力消減程度的影響，方差分析所選的正交表為[L9（32）]，如表 1所示，正交實驗選擇的方差分析為無重復(fù)雙因素方差分析，界定值選0.05。

表1 熱時效溫度和保溫時間對應(yīng)力消減程度的影響

2 結(jié)果分析

表2為上述正交實驗方差分析結(jié)果表，從表中可以看出，因素A和因素B的P值均小于0.05，因素A和因素B對實驗結(jié)果影響都顯著，但因素A影響更顯著。也就是說，時效溫度對鑄件殘余應(yīng)力消減程度的影響更為顯著。因此，在確定時效工藝時，一般500～630℃范圍內(nèi)應(yīng)盡量選擇高的時效溫度，這樣可以減少保溫時間，在同等消減殘余應(yīng)力的情況下，縮短時效周期。

表2 正交實驗結(jié)果分析

表3為時效工藝參數(shù)分別為550℃-9h和600℃-3h下的應(yīng)力消減程度和對應(yīng)的天然氣消耗量?？梢园l(fā)現(xiàn)，這2個不同的工藝參數(shù)下，鑄件殘余應(yīng)力都是8.2MPa，應(yīng)力消減程度都是64%。但是，天然氣的消耗量卻大不一樣，550℃-9h的工藝消耗天然氣體積為2700m3，600℃-3h的工藝消耗天然氣體積為1050m3，前者是后者的2.57倍，這就意味著前者的成本是后者的2.57倍。因此，選擇時效工藝參數(shù)時，應(yīng)該盡量選擇較高的時效溫度，配合相對較短的保溫時間，這樣不僅可以大大節(jié)約天然氣的消耗，降低成本，同時，縮短了時效周期，提高了生產(chǎn)效率。

表3 不同時效工藝成本計算

3 結(jié)論

（1）與保溫時間相比，時效溫度對鑄件消減殘余應(yīng)力的影響更加顯著。

（2）較高的時效溫度配合較短的保溫時間，可以降低時效成本，縮短時效周期。