專(zhuān)利名稱(chēng)：一種塑性金屬鑄型材料許用應(yīng)力的計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于離心鋳造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種塑性金屬鋳型材料許用應(yīng)力的計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
在離心鑄造中，塑性金屬是常用的鋳型材料，包括碳素鑄鋼、鉻鑰鑄鋼、球墨鑄鐵。對(duì)于這些塑性金屬材料來(lái)說(shuō)，其許用應(yīng)力
為屈服強(qiáng)度Oa2除以安全因數(shù)N，即
=
O0.2/No但是由于鑄型材料的高溫力學(xué)性能試驗(yàn)較少，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較為匱乏，導(dǎo)致高溫條件下鋳型材料屈服強(qiáng)度Oci 2數(shù)據(jù)不全，同時(shí)安全因數(shù)N的值一直沒(méi)有找到可靠的方法求得。故在鋳型的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)塑性金屬鋳型材料的選擇，往往只是以塑性金屬鋳型材料在靜態(tài)條件下的常溫力學(xué)性能作為鑄型設(shè)計(jì)的參照依據(jù)，而鑄型在特殊的高溫、高速環(huán)境下工作，與常溫力學(xué)性能相比，材料的高溫力學(xué)性能會(huì)降低很多，即便是通過(guò)考慮一些余度來(lái)選擇離心鑄型材料，往往是不夠充分的。目前尚未有鋳型材料在高溫條件下的許用應(yīng)カ資料。從鑄造手冊(cè)(機(jī)械工程學(xué)會(huì)鋳造學(xué)會(huì).鋳造手冊(cè)第2卷，鑄鋼[M].北京:機(jī)械エ業(yè)出版社.2011第三版；機(jī)械工程學(xué)會(huì)鋳造學(xué)會(huì).鋳造手冊(cè)第I卷，鑄鐵[M].北京:機(jī)械エ業(yè)出版社.2011第三版)中，可以查到各種塑性金屬材料的高溫力學(xué)性能為:(I)碳素鑄鋼的高溫力學(xué)性能:碳素鑄鋼的屈服強(qiáng)度在20至400°C緩慢下降，400°C時(shí)有較高的屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率(o 0 2=160MPa, S =15%)，在400 500°C之間下降明顯，500°C時(shí)還有一定的屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率(O Q 2=130MPa，8 =26%)，在550°C時(shí)仍有一定的屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率(O Q.2=120MPa，8 =23%)。碳素鑄鋼中的ZG230-450與ZG270-500是離心鋳型材料的常用牌號(hào)。(2)鉻鑰鑄鋼的高溫力學(xué)性能:鉻鑰鑄鋼在20°C至400°C時(shí)屈服強(qiáng)度變化不大，400°C 550°C范圍內(nèi)屈服強(qiáng)度緩慢下降，550°C時(shí)有很高的屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率(O 0 2=260MPa, 8 =24%)，在550 650°C之間下降加快，650°C時(shí)仍有相當(dāng)高的屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率(oa2=205MPa，8 =30%)o鉻鑰鑄鋼中的ZG20CrMo、ZG25CrMo是離心鑄型材料的常用牌號(hào)。(3)球墨鑄鐵的高溫力學(xué)性能:a.鐵素體球墨鑄鐵的屈服強(qiáng)度在20°C至400°C緩慢下降，400°C時(shí)有較高的屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率(O Q 2=255MPa，6 =12%)，在400 500°C之間下降明顯，500°C時(shí)仍有一定的屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率(oQ 2=145MPa，6 =8%) ;600°C時(shí)仍有一定的屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率(O Q.2=90MPa，6 =9%)，在高于600°C時(shí)屈服強(qiáng)度下降顯著，700°C時(shí)屈服強(qiáng)度較低，伸長(zhǎng)率提高(O6 =16%) ；b.珠光體球墨鑄鐵的屈服強(qiáng)度在20°C至450°C緩慢下降，450°C時(shí)有較高的屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率(O Q 2=375MPa，6 =12%)，在450 550°C之間下降較大，550°C時(shí)仍有較高的屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率(oQ 2=237MPa，6=17.7%)，600°C時(shí)仍有一定的屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率(O Q 2=165MPa，6 =37.2%)，在高于650°C時(shí)屈服強(qiáng)度下降顯著，700°C時(shí)屈服強(qiáng)度較低(oQ 2=73MPa，6=17.6%)。球墨鑄鐵中的QT450-10 (主要基體組織為鐵素體)與QT500-7 (主要基體組織為鐵素體和珠光體)是離心鋳型材料的常用牌號(hào)。從上述資料可以看出，塑性金屬材料不論是碳素鑄鋼、鉻鑰鑄鋼，還是球墨鑄鐵，在20°C至400°C范圍內(nèi)，它們的高溫力學(xué)性能的變化都不大，400°C以上吋，其屈服強(qiáng)度都加快下降。對(duì)于塑性金屬材料，許用應(yīng)力
為屈服強(qiáng)度0(1.2除以安全因數(shù)N，即= o 0.2/N,但是由于高溫條件下鋳型材料屈服強(qiáng)度O a2數(shù)據(jù)缺乏，安全因數(shù)N無(wú)法準(zhǔn)確求得，使得塑性金屬材料在高溫條件下的許用應(yīng)カ難以準(zhǔn)確獲得，導(dǎo)致離心鑄造設(shè)計(jì)人員只能憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行離心鑄型的設(shè)計(jì)，無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可靠的塑性金屬鋳型材料許用應(yīng)カ計(jì)算方法，為離心鑄造時(shí)選用鑄型材料提供了較為可靠的許用應(yīng)カ的依據(jù)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種塑性金屬鋳型材料許用應(yīng)力的計(jì)算方法，所述塑性金屬鋳型材料許用應(yīng)力[O ] = O a2/N ;其中，O 0.2為屈服強(qiáng)度，N為安全因數(shù)，安全因數(shù)N的計(jì)算公式為:N=n+kXmax[(T-300), 0]式中:n為鑄型材料所取的基礎(chǔ)安全因數(shù)；K為300°C以上時(shí)，鋳型材料安全因數(shù)的遞增系數(shù)，取0.01 ；T為鑄型溫度。優(yōu)選的，當(dāng)所述塑性金屬鋳型材料為碳素鑄鋼或鉻鑰鑄鋼時(shí)，所述基礎(chǔ)安全因數(shù)n為3 ;當(dāng)所述塑性金屬鋳型材料為球墨鑄鐵時(shí)，所述基礎(chǔ)安全因數(shù)n為4。優(yōu)選的，當(dāng)所述塑性金屬鋳型材料為碳素鑄鋼或球墨鑄鐵時(shí)，鋳型溫度T的范圍設(shè)定為20 800°C ;當(dāng)所述塑性金屬鋳型材料為鉻鑰鑄鋼時(shí)，鋳型溫度T的范圍設(shè)定為20 900 °C。本發(fā)明提供了一種離心鋳型常用塑性金屬材料在高溫條件下許用應(yīng)力的計(jì)算方法，該方法為離心鋳型的設(shè)計(jì)提供了較為可靠的科學(xué)依據(jù)，擺脫了離心鑄型材料全憑經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)模式，同時(shí)為離心機(jī)鋳型破裂的安全事故定量分析奠定了基礎(chǔ)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1本實(shí)施例選取碳素鑄鋼ZG230-450作為鑄型材料，鑄型溫度T設(shè)定范圍為20 800°C，計(jì)算該鋳型材料的許用應(yīng)力的過(guò)程如下:(I)碳素鑄鋼ZG230-450屈服強(qiáng)度數(shù)據(jù)的補(bǔ)全從萬(wàn)嘉禮主編的《機(jī)電工程金屬材料手冊(cè)》可查出ZG230-450在20°C 600°C的屈服強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表I。表I碳素鑄鋼ZG230-450高溫力學(xué)性能在下列溫度時(shí)的伽2 (MPa)
鑄型材料元
權(quán)利要求
1.一種塑性金屬鋳型材料許用應(yīng)力的計(jì)算方法，所述塑性金屬鋳型材料許用應(yīng)力[O]= 0a2/N;其中，0(|.2為屈服強(qiáng)度，N為安全因數(shù)，其特征在于，安全因數(shù)N的計(jì)算公式為: N=n+kX max[(T-300)，0]，其中: n為鑄型材料所取的基礎(chǔ)安全因數(shù)； K為300°C以上時(shí)，鋳型材料安全因數(shù)的遞增系數(shù)，取0.01 ; T為鑄型溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑性金屬鋳型材料許用應(yīng)力的計(jì)算方法，其特征在干，當(dāng)所述塑性金屬鋳型材料為碳素鑄鋼或鉻鑰鑄鋼時(shí)，所述基礎(chǔ)安全因數(shù)n為3 ;當(dāng)所述塑性金屬鑄型材料為球墨鑄鐵時(shí)，所述基礎(chǔ)安全因數(shù)n為4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑性金屬鋳型材料許用應(yīng)力的計(jì)算方法，其特征在干，當(dāng)所述塑性金屬鋳型材料為碳素鑄鋼或球墨鑄鐵時(shí)，所述鑄型溫度T的范圍設(shè)定為20 800°C;當(dāng)所述塑性金屬鋳型材料為鉻鑰鑄鋼時(shí)，所述鑄型溫度T的范圍設(shè)定為20 900°C。
全文摘要
本發(fā)明屬于離心鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種塑性金屬鑄型材料許用應(yīng)力的計(jì)算方法，許用應(yīng)力為屈服強(qiáng)度與安全因數(shù)N的比值；安全因數(shù)N為300℃以上時(shí)鑄型材料安全因數(shù)的遞增系數(shù)k乘以鑄型溫度T與300℃的差值和0℃的之間的最大值的積，再與鑄型材料所取的基礎(chǔ)安全因數(shù)n之和；當(dāng)塑性金屬鑄型材料為碳素鑄鋼或球墨鑄鐵時(shí)，溫度T的范圍設(shè)定為20～800℃；當(dāng)塑性金屬鑄型材料為鉻鉬鑄鋼時(shí)，溫度T的范圍設(shè)定為20～900℃。本發(fā)明提供的離心鑄型常用塑性金屬材料在高溫條件下許用應(yīng)力的方法，為離心鑄型的設(shè)計(jì)提供了較為可靠的科學(xué)依據(jù)，同時(shí)還為離心機(jī)鑄型破裂的安全事故定量分析奠定了基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G01N33/20GK103091469SQ201210586150
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者楊為勤, 楊大韜 申請(qǐng)人:武昌船舶重工有限責(zé)任公司