鋳造が固化すると、次の応力が生成されます。
熱応力を唱える
熱応力を鋳造する原因
キャスト構造とサイズの要因
壁の厚さの違い：鋳造の各部分の壁の厚さは異なります。厚い壁は熱をゆっくりと消散させ、冷却と収縮は遅れをとっています。薄い壁はすぐに冷え、最初に収縮します。薄い壁の部分はすぐに冷却され、厚い壁の部分に引張応力が生じ、厚い壁部分は薄い壁の部分に圧縮された応力を生じ、したがって熱応力を形成します。
複雑な形状：ボス、rib骨、その他の構造を持つものなど、複雑な形の鋳物は相互に制約されており、冷却と収縮中に自由に実行することはできません。さまざまな部分の縮小は互いに影響を与え、熱応力をもたらします。
材料の熱物理的特性の違い
鋳造物の材料特性：異なる鋳造材料は、熱伝導率や比熱容量など、異なる熱物理的特性を持っています。熱伝導率が高い材料は、熱を迅速に放散し、冷却するときにすぐに収縮します。熱伝導率が低い材料は反対です。熱物理的特性のこの違いは、鋳造のさまざまな部分で異なる冷却速度につながり、これにより熱応力が生じます。
鋳造材料の影響：鋳造材料の熱特性は、鋳物の冷却プロセスにも影響します。鋳造の熱伝導率が大きい場合、鋳物と接触している鋳物の表面が熱を急速に消散させ、内部熱は熱をゆっくりと消散させ、表面と鋳物の内側の温度差を引き起こし、熱応力を形成します。
冷却条件と環境要因
不均一な冷却媒体：冷却プロセス中、鋳物の周りに冷却媒体（空気、水など）が不均一に分布している場合、鋳造のさまざまな部分で異なる冷却速度を引き起こします。たとえば、空冷の場合、キャスティングの風上側がすぐに冷却され、風下側がゆっくりと冷却され、熱応力が発生します。
周囲温度の変化：鋳造所の周囲温度は不安定です。鋳造の冷却プロセス中、周囲温度の変動は鋳造の熱散逸速度に影響を与え、鋳造のさまざまな部分の一貫性のない冷却と収縮を引き起こし、熱応力を引き起こします。
鋳造品質に対する鋳物の熱応力の影響
変形を引き起こします
熱応力は、冷却プロセス中に鋳造の不均一な収縮を引き起こし、鋳造の変形を引き起こします。たとえば、一部の平らな鋳物では、表面と中心の異なる冷却速度によって生成される熱応力により、フラットプレートがゆがんで変形し、鋳造の寸法の精度と外観の品質に影響し、その後の処理の難易度とコストが増加します。
ひび割れを引き起こします
熱応力が鋳造材料の強度限界を超えると、鋳造は割れます。通常、熱亀裂は、凝固期間後期に高温で形成され、曲がりくねった形、広い隙間、表面に酸化色があります。熱応力と位相変化ストレスの重ね合わせにより、低温では冷たい亀裂が形成されます。亀裂は小さく、連続的でまっすぐで、表面に酸化色はありません。亀裂は、鋳造の機械的特性と封印を大幅に減らし、鋳造廃棄物を作ります。
機械的特性を減らします
熱応力は、格子の歪みや脱臼など、鋳造内の微視的な欠陥を引き起こします。これらの欠陥は、転位の動きを妨げ、材料の強度と靭性を減らします。同時に、熱応力は鋳造の不均一な内部構造を引き起こし、鋳造の包括的な機械的特性をさらに減らすこともあり、負荷を負担するときにストレス集中で損傷するのは簡単です。
残留応力を引き起こします
固化プロセス中に生成された熱応力が完全に放出されない場合、それは残留応力の形で鋳造に存在します。残留応力は、後続の処理と使用中の応力再分布により、鋳物が寸法的に不安定になり、部品のアセンブリの精度とパフォーマンスに影響します。さらに、残留応力は作業応力に重ねられ、疲労強度と鋳造の応力腐食抵抗が減少します。
鋳物の位相変化ストレス
鋳物の位相変化応力の形成の原因：
合金相の変化特性
特定の体積変化：固化中に合金が位相変化を受けると、通常、異なる相の特定の量が異なります。たとえば、鉄炭素合金では、オーステナイトがマルテンサイトに変換されると、マルテンサイト比容積が大きく、相変化中に体積拡張が発生します。鋳造のさまざまな部分の位相の変化が同期されていない場合、最初の相変化した部分の拡張は、非相変化した部分に圧縮された応力を引き起こし、非フェース変化した部分は位相変化部分に引張応力を引き起こし、それによって位相変化応力を形成します。
位相変化の潜熱：位相変化の潜熱は放出または吸収され、鋳造の局所温度フィールドに影響します。位相変化の潜在熱の放出により、部品の温度が上昇し、冷却速度が低下し、周囲の部分との冷却差が一貫性のない収縮につながり、相変化ストレスが生成されます。
冷却条件の違い
異なる冷却速度：キャスティングの異なる部分を冷却する場合、熱散逸条件が異なるため、冷却速度は異なります。高速冷却による部品の位相変化が最初に完了し、低速冷却による部品の位相変化が遅れます。相変化のこの非同期性は、鋳造内の不均一な体積の変化を引き起こし、それによって相変化ストレスを生成します。たとえば、キャスティングの表面はすぐに冷却され、内部はゆっくりと冷えます。表面と内部の位相変化は同期されておらず、位相変化応力につながります。
温度勾配効果：キャスト内に温度勾配があり、異なる温度ゾーンでの合金相変化プロセスが異なります。高温ゾーンの位相変化は遅れ、低温ゾーンの位相変化が最初に実行されます。位相変化の順序は、部品間の相互作用を引き起こし、位相変化応力を形成します。
