铸造箱体环芯法残余应力测试

铸件在凝固和冷却过程中，由于铁水自重的影响，以及各部位冷却条件和尺寸不同而引起温度和体积变化的差异，使各个部位由塑性状态转变到弹性状态先后不一，互相牵制，形成残余应力。残余应力会引起铸件翘曲变形，甚至开裂；或在机械加工和长期使用中应力重新分布，造成变形和尺寸精度的损失。为此，对于重要的灰口铸件，特别是机床铸件和精密仪器零件，需要进行低温退火以消除残余应力，保持零件尺寸稳定。本文主要是对铸造箱体进行残余应力测试，分析比较不同退火温度对消除残余应力的实际效果。

残余应力测试方法

本次残余应力测试方法为环芯法，就是在测试件的测点位置上粘贴电阻应变片，把应变片与应变仪连接起来，调整应变仪的平衡，然后在应变片的四周开槽，使该区间的残余应力得到释放。当加工温度降至开槽前温度时，通过应变仪记录释放的应变值，并计算出残余应力。槽开成15mm见方的井字形，深2-6mm。本测试槽深2mm，用φ20mm，宽4mm砂轮片铣削完成。

仪器及主要参数

仪器采用聚航科技生产的JHHX环芯法残余应力测量分析系统，由JHYC静态应变仪和JHHX精密开槽装置组成，软件式操作，自动实时计算残余应力，并实时显示和保存应力应变数值。

铸造箱体材质：HT300，弹性模量E=127GPa；泊松比μ=0.2；试验标定A、B系数分别为-0.14996、-0.15978；测试环境温度16℃。

测试点布置与桥路连接

测试点选择在残余应力可能较严重的截面上，即上平面和两侧面中间共三个点。两次测量的测点位置保持一致，根据用户要求，每个测点粘贴一片直角应变片，分别测试周向与垂直方向的应变，并计算其应力值。测量桥路采用单臂半桥，并用温度补偿片清除温度效应。补偿片粘贴在铸造箱体远离测点的尾部侧面。

测试结果

500℃低温退火测试结果及残余应力

600℃低温退火测试结果与残余应力

测试结果讨论

测试结果表明：由于该铸造箱体含有合金元素Cr成分，且有合金铸铁倾向，常规退火温度550℃效果不理想，无法明显减小残余应力的影响。

一般情况下，退火温度越高，应力消除的越彻底，但是过高的加热温度会引起铸件珠光体的球化和渗碳体的石墨化，降低材料的强度和硬度，影响使用性能。鉴于这一因素，将退火温度提高至600℃，因为大部分合金元素都能提高碳化物的稳定性和*制渗碳体的球化和石墨化过程。试验结果表明，本次热处理是成功的，残余应力水平明显降低，符合使用要求，并且通过另外的强度及硬度测试，机械性能指标几乎不受影响。