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(tài)轉變到彈性狀態(tài)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(wěn)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(huán)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(qū)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(huán)芯法殘余應力測量分析系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)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(huán)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(guī)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(wěn)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。
