[发明专利]一种确定灰铸铁离心铸型材料许用应力的方法

说明书

技术领域

本发明属于离心铸造技术领域，具体涉及一种确定灰铸铁离心铸型材料在高温条件下许用应力的方法。

背景技术

最常用的离心铸型材料是脆性较大的灰铸铁材料，由于对灰铸铁的高温力学性能试验极少，基础数据十分匮乏。在传统的离心铸型设计中，人们往往只是以灰铸铁在静态条件下的常温力学性能作为铸型设计的参照依据，而离心铸型在高温、高速的工况下工作，与常温力学性能相比，材料的高温力学性能会降低很多，灰铸铁的脆性表现得十分突出，即便是通过较大余度来考虑材料强度，往往也是不够充分的。在目前已收集到的6个离心铸造事故案例中，除了1例是因铸钢离心铸型上用于锁紧盖板的螺栓断裂而造成伤亡事故，其余的5例均是由于灰铸铁离心铸型发生破裂而导致的伤亡事故。迄今为止，尚未有灰铸铁铸型材料在高温条件下的许用应力资料，设计人员全凭个人经验进行灰铸铁离心铸型的设计，这也是离心铸造中造成人员伤亡事故时有发生的重要原因。

从现有的技术资料（机械工程学会铸造学会.铸铁手册[M].北京:机械工业出版社.1979第一版；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，灰铸铁材料高温力学性能的概况为（括号中为个例资料）：灰铸铁在20℃至400℃抗拉强度变化不大，抗拉强度在150～250℃稍有下降，400℃时抗拉强度较高（200～350MPa），在400℃以上抗拉强度下降，在500℃时还有较高的抗拉强度（160～280MPa），在600℃时仍有一定的抗拉强度（110～190MPa）。所以通常情况下灰铸铁的使用温度控制在700℃以内。

由于灰铸铁的伸长率极低，从HT150～HT300的灰铸铁，其拉伸断裂时的断后伸长率在0.3%～0.8%之间，在离心铸造中发生铸型破裂事故的铸型材质绝大多数是灰铸铁。灰铸铁是典型的脆性金属材料，但其高温力学性能基础资料极为匮乏，故灰铸铁许用应力的确定十分困难。在灰铸铁国家标准包含的6个牌号中，灰铸铁HT100与HT150由于强度太低不能用于受力的铸件；而灰铸铁HT300与HT350由于脆性太高也不常用于离心铸造铸型材料；灰铸铁HT200与HT250是离心铸型材料的常用牌号。对于脆性金属材料，许用应力[σ]为抗拉强度σ_b除以安全因数N，即[σ]=σ_b/N。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种确定灰铸铁离心铸型材料在高温条件下许用应力的方法。

灰铸铁在20℃至400℃范围内，抗拉强度变化不大，温度高于400℃时，抗拉强度下降较快。我们在确定灰铸铁离心铸型的许用应力时，分为两个温度段——20℃至400℃及400℃～700℃范围内来进行研究。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种确定灰铸铁离心铸型材料许用应力的方法，分段确定20℃～400℃范围内灰铸铁离心铸型材料的许用应力和400℃～700℃范围内灰铸铁离心铸型材料的许用应力；

其中，20℃～400℃范围内灰铸铁离心铸型材料许用应力的确定，包括如下步骤：

确定20℃时灰铸铁离心铸型材料的许用应力[σ₂₀]为

[σ20]=σb20N]]>

式中，σ_b20为20℃时灰铸铁的抗拉强度，N为安全因数，取N=11～13；

确定400℃时灰铸铁离心铸型材料许用应力[σ₄₀₀]为

[σ400]=σb400N,]]>