[发明专利]一种塑性金属铸型材料许用应力的计算方法

说明书

技术领域

本发明属于离心铸造技术领域，具体涉及一种塑性金属铸型材料许用应力的计算方法。

背景技术

在离心铸造中，塑性金属是常用的铸型材料，包括碳素铸钢、铬钼铸钢、球墨铸铁。对于这些塑性金属材料来说，其许用应力[σ]为屈服强度σ_0.2除以安全因数N，即[σ]＝σ_0.2/N。但是由于铸型材料的高温力学性能试验较少，基础数据较为匮乏，导致高温条件下铸型材料屈服强度σ_0.2数据不全，同时安全因数N的值一直没有找到可靠的方法求得。故在铸型的设计过程中，对塑性金属铸型材料的选择，往往只是以塑性金属铸型材料在静态条件下的常温力学性能作为铸型设计的参照依据，而铸型在特殊的高温、高速环境下工作，与常温力学性能相比，材料的高温力学性能会降低很多，即便是通过考虑一些余度来选择离心铸型材料，往往是不够充分的。目前尚未有铸型材料在高温条件下的许用应力资料。

从铸造手册（机械工程学会铸造学会.铸造手册第2卷，铸钢[M].北京:机械工业出版社.2011第三版；机械工程学会铸造学会.铸造手册第1卷，铸铁[M].北京:机械工业出版社.2011第三版）中，可以查到各种塑性金属材料的高温力学性能为：

（1）碳素铸钢的高温力学性能：碳素铸钢的屈服强度在20至400℃缓慢下降，400℃时有较高的屈服强度和伸长率（σ_0.2=160MPa，δ=15%），在400～500℃之间下降明显，500℃时还有一定的屈服强度和伸长率（σ_0.2=130MPa，δ=26%），在550℃时仍有一定的屈服强度和伸长率（σ_0.2=120MPa，δ=23%）。碳素铸钢中的ZG230-450与ZG270-500是离心铸型材料的常用牌号。

（2）铬钼铸钢的高温力学性能：铬钼铸钢在20℃至400℃时屈服强度变化不大，400℃～550℃范围内屈服强度缓慢下降，550℃时有很高的屈服强度和伸长率（σ_0.2=260MPa，δ=24%），在550～650℃之间下降加快，650℃时仍有相当高的屈服强度和伸长率（σ_0.2=205MPa，δ=30%）。铬钼铸钢中的ZG20CrMo、ZG25CrMo是离心铸型材料的常用牌号。

（3）球墨铸铁的高温力学性能：a.铁素体球墨铸铁的屈服强度在20℃至400℃缓慢下降，400℃时有较高的屈服强度和伸长率（σ_0.2=255MPa，δ=12%），在400～500℃之间下降明显，500℃时仍有一定的屈服强度和伸长率（σ_0.2=145MPa，δ=8%）；600℃时仍有一定的屈服强度和伸长率（σ_0.2=90MPa，δ=9%），在高于600℃时屈服强度下降显著，700℃时屈服强度较低，伸长率提高（σ_0.2=45MPa，δ=16%）；b.珠光体球墨铸铁的屈服强度在20℃至450℃缓慢下降，450℃时有较高的屈服强度和伸长率（σ_0.2=375MPa，δ=12%），在450～550℃之间下降较大，550℃时仍有较高的屈服强度和伸长率（σ_0.2=237MPa，δ=17.7%），600℃时仍有一定的屈服强度和伸长率（σ_0.2=165MPa，δ=37.2%），在高于650℃时屈服强度下降显著，700℃时屈服强度较低（σ_0.2=73MPa，δ=17.6%）。球墨铸铁中的QT450-10（主要基体组织为铁素体）与QT500-7（主要基体组织为铁素体和珠光体）是离心铸型材料的常用牌号。

从上述资料可以看出，塑性金属材料不论是碳素铸钢、铬钼铸钢，还是球墨铸铁，在20℃至400℃范围内，它们的高温力学性能的变化都不大，400℃以上时，其屈服强度都加快下降。

对于塑性金属材料，许用应力[σ]为屈服强度σ_0.2除以安全因数N，即[σ]=σ_0.2/N，但是由于高温条件下铸型材料屈服强度σ_0.2数据缺乏，安全因数N无法准确求得，使得塑性金属材料在高温条件下的许用应力难以准确获得，导致离心铸造设计人员只能凭经验进行离心铸型的设计，无法满足实际生产过程中的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可靠的塑性金属铸型材料许用应力计算方法，为离心铸造时选用铸型材料提供了较为可靠的许用应力的依据。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：