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 鑄件的應力主要來自來3個方面：

1、鑄件形狀和結構設計是否合理，壁厚設計是否均勻；

2、收縮時是否有很大阻礙力；

3、冷卻溫度是否足夠緩慢。

一、鑄件的設計合理性以及壁厚均勻性，主要影響結構應力

一個門框支撐結構的應力分散于四個角，一個十字交叉筋的鑄件的應力集中于交叉中心點，表面上看起來十字交叉更穩固，但是應力也大、更容易造成中心開裂和變形。這方面可以參考所有橋梁的內腔箱式設計，這些大多不是十字或米字交叉筋。

所以仔細觀察日本機床和德國機床的內部支撐設計是箱式的，支撐筋不高，沿著鑄件內壁支撐，而不是簡單的十字交叉，床身、立柱、主軸箱都是如此。

薄壁部位先凝固冷卻，厚壁部位后凝固冷卻，凝固冷卻溫度曲線的時間差，造成了厚壁薄壁相交位置的應力，也決定了鑄件成型冷卻后的應力。同時越是箱式閉環結構，應力越小。一個圓環鑄件應力肯定小于U型件鑄件設計。

二、 收縮時是否有很大阻礙力，會影響鑄件的應力

鐵水整體冷卻凝固向內收縮時，受阻力大小制約，阻力大應力就大，相反應力就小。

所以砂型強度也與應力關系極大，脂砂自身遇高溫一定時間后會潰散，砂型強度高，在鐵水共晶過程中，可以保證鑄造整體形狀的穩定性，但是砂型強度過高，在高溫鑄件冷卻收縮時，會難以及時潰散也會造成大的收縮應力，所以控制合理的砂型強度，保證在澆注鐵水后，合適的時間開始潰散，也是控制應力的重要方面。

三、 冷卻曲線的快慢程度也決定了應力的大小

鑄件在砂箱內，從液體冷卻到固態時，是一個非常復雜的共晶、共析過程，高溫鐵水從液態到固態冷卻，有個臨界凝固溫度，大約1153℃。臨界點溫度高低與鐵水中的化學成分有關，內部的化學成分和熔煉過程決定了冷卻曲線，冷卻曲線決定了應力大小。

高于臨界點提前凝固，俗稱過冷度高，相對冷卻速度快，相對材質偏硬、強度高，但是應力也大，灰鐵的高牌號過冷度高于低牌號過冷度。低于臨界點提前凝固，俗稱過冷度低，相對冷卻速度慢，相對材質硬度低、強度低，但是應力也小。

所以盡可能讓液態緩慢轉變為固態，同時也讓降溫過程越緩慢越好，就是使在砂箱內保溫時間盡量長，通常工廠開箱溫度，是鑄件溫度在200-300℃，能等到200℃以內開箱時最佳，不過保溫時間長，對工廠來說場地周轉效率低，砂箱數量增加，成本加大，所以好多鑄造廠就會選擇高溫開箱，節約隱形成本。

如果在500-600℃的高溫開箱，高溫鑄件暴露在空氣中，等同于在流動空氣中進行整體淬火，中間產生的應力超過想象，對機床鑄件來說，非常非常不利，充足的保溫時間，遠比事后退火去除應力重要。

總結一下，牌號越高，相對應力越大，牌號越低，相對應力越小，所以低牌號大重量機床鑄件，一樣可以低應力，但是非常笨重。怎么提高強度，又能降低應力，有硬度而切削性能良好，就是鑄造廠的技術和品質管理功底，換個思路，我以低應力低牌號的化學成分，實現高牌號的強度，這樣應力就小了。

傳統鑄造老師傅的熔煉思路是要提高強度，就降低碳硅成分，強度提高了，但是冷卻速度加快了，白口傾向大了，應力也成倍提高了。

去除應力最好的方法，就是通過合理的鑄件形狀設計，減少冷卻收縮時的砂型阻力，降低鐵水從液態到固態凝固的臨界溫度，和延長冷卻的溫度曲線，換句話說，就是鑄件生產時的低應力，遠比存在高應力再通過去應力措施重要。

去應力通常有三種方法：去應力退火、長時間放置去應力以及高頻振動去應力。

去應力退火，就是把鑄件放進退火爐，緩慢升溫到600-700℃，然后緩慢冷卻到一定溫度出爐。通常是用電退火爐，因為燃煤退火爐難以控制溫度曲線。

退火去應力的原理是，把需要去應力的鑄件放進退火爐，進行先升溫降溫處理，人為地讓整件鑄件冷卻曲線趨向一致以減少應力，但升溫和降溫曲線必須嚴格控制，如果升溫沒有控制好，超過去應力退火的最高溫度，將影響石墨形態和晶枝體變化，整件鑄件會失去強度；而冷卻溫度不控制好，過快冷卻，會產生更大的應力。

好多鑄造廠僅僅是把去應力退火作為噱頭，根本不在乎冷卻速度，由于退火爐是耗電大戶，為節省電費，加快退火操作周期，剛升到規定頂點溫度，馬上關電源，過幾個小時就開爐門，對正在退火的鑄件來說是災難，還不如不退火，去應力退火的費用非常高，生產周期也更長，需要湊滿一退火爐廠鑄件，根據產品不同，去應力退火的費用在500-1000元/噸。

長時間放置去應力，就是把鑄鐵長時間放在室內或露天，經過一年四季不同溫差變化，幾年后應力會慢慢從集中位置釋放，鑄件也會發生感覺不到的細微變形，德國高端機床放三年，日本原產地牧野機床甚至海邊放五年以上，室外超長時間放置的去應力方式效果最佳，網上傳說瑞士機床廠把鑄件放進日內瓦湖底去應力，從理論上說不可信，有長時間的不同季節溫差變化，才能應力充分釋放。

長時間放置方式去應力，占用鑄件周轉資金、占用場地、效率低，而且機型不容易推陳出新，跟不上客戶快節奏的新需求，現在只有超高精度的機床廠家才會用露天長時間放置去應力方式。

高頻振動去應力，就是用高頻振動設備對鑄件應力，現在鑄件去應力很少用到，效果不做評價。

作者：上海華慶鑄造有限公司　陳凌達　

　                              　　機床行業退休專家　于同和