专利名称：一种塑性金属铸型材料许用应力的计算方法
技术领域：
本发明属于离心鋳造技术领域，具体涉及ー种塑性金属鋳型材料许用应力的计算方法。
背景技术：
在离心铸造中，塑性金属是常用的鋳型材料，包括碳素铸钢、铬钥铸钢、球墨铸铁。对于这些塑性金属材料来说，其许用应力
为屈服強度Oa2除以安全因数N，即
=
O0.2/No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，导致高温条件下鋳型材料屈服強度Oci 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。故在鋳型的设计过程中，对塑性金属鋳型材料的选择，往往只是以塑性金属鋳型材料在静态条件下的常温力学性能作为铸型设计的參照依据，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。目前尚未有鋳型材料在高温条件下的许用应カ资料。从铸造手册(机械工程学会鋳造学会.鋳造手册第2卷，铸钢[M].北京:机械エ业出版社.2011第三版；机械工程学会鋳造学会.鋳造手册第I卷，铸铁[M].北京:机械エ业出版社.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:(I)碳素铸钢的高温力学性能:碳素铸钢的屈服強度在20至400°C缓慢下降，400°C时有较高的屈服强度和伸长率(o 0 2=160MPa, S =15%)，在400 500°C之间下降明显，500°C时还有一定的屈服强度和伸长率(O Q 2=130MPa，8 =26%)，在550°C时仍有一定的屈服强度和伸长率(O Q.2=120MPa，8 =23%)。碳素铸钢中的ZG230-450与ZG270-500是离心鋳型材料的常用牌号。(2)铬钥铸钢的高温力学性能:铬钥铸钢在20°C至400°C时屈服强度变化不大，400°C 550°C范围内屈服強度缓慢下降，550°C时有很高的屈服強度和伸长率(O 0 2=260MPa, 8 =24%)，在550 650°C之间下降加快，650°C时仍有相当高的屈服强度和伸长率(oa2=205MPa，8 =30%)o铬钥铸钢中的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°C至400°C缓慢下降，400°C时有较高的屈服强度和伸长率(O Q 2=255MPa，6 =12%)，在400 500°C之间下降明显，500°C时仍有一定的屈服强度和伸长率(oQ 2=145MPa，6 =8%) ;600°C时仍有一定的屈服强度和伸长率(O Q.2=90MPa，6 =9%)，在高于600°C时屈服強度下降显著，700°C时屈服强度较低，伸长率提高(O6 =16%) ；b.珠光体球墨铸铁的屈服強度在20°C至450°C缓慢下降，450°C时有较高的屈服强度和伸长率(O Q 2=375MPa，6 =12%)，在450 550°C之间下降较大，550°C时仍有较高的屈服强度和伸长率(oQ 2=237MPa，6=17.7%)，600°C时仍有一定的屈服强度和伸长率(O Q 2=165MPa，6 =37.2%)，在高于650°C时屈服強度下降显著，700°C时屈服强度较低(oQ 2=73MPa，6=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)是离心鋳型材料的常用牌号。从上述资料可以看出，塑性金属材料不论是碳素铸钢、铬钥铸钢，还是球墨铸铁，在20°C至400°C范围内，它们的高温力学性能的变化都不大，400°C以上吋，其屈服強度都加快下降。对于塑性金属材料，许用应力
为屈服強度0(1.2除以安全因数N，即= o 0.2/N,但是由于高温条件下鋳型材料屈服強度O a2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カ难以准确获得，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鋳型材料许用应カ计算方法，为离心铸造时选用铸型材料提供了较为可靠的许用应カ的依据。为解决上述技术问题，本发明的技术方案为:一种塑性金属鋳型材料许用应力的计算方法，所述塑性金属鋳型材料许用应力[O ] = O a2/N ;其中，O 0.2为屈服強度，N为安全因数，安全因数N的计算公式为:N=n+kXmax[(T-300), 0]式中:n为铸型材料所取的基础安全因数；K为300°C以上时，鋳型材料安全因数的递增系数，取0.01 ；T为铸型温度。优选的，当所述塑性金属鋳型材料为碳素铸钢或铬钥铸钢时，所述基础安全因数n为3 ;当所述塑性金属鋳型材料为球墨铸铁时，所述基础安全因数n为4。优选的，当所述塑性金属鋳型材料为碳素铸钢或球墨铸铁时，鋳型温度T的范围设定为20 800°C ;当所述塑性金属鋳型材料为铬钥铸钢时，鋳型温度T的范围设定为20 900 °C。本发明提供了一种离心鋳型常用塑性金属材料在高温条件下许用应力的计算方法，该方法为离心鋳型的设计提供了较为可靠的科学依据，摆脱了离心铸型材料全凭经验的设计模式，同时为离心机鋳型破裂的安全事故定量分析奠定了基础。
具体实施例方式实施例1本实施例选取碳素铸钢ZG230-450作为铸型材料，铸型温度T设定范围为20 800°C，计算该鋳型材料的许用应力的过程如下:(I)碳素铸钢ZG230-450屈服强度数据的补全从万嘉礼主编的《机电工程金属材料手册》可查出ZG230-450在20°C 600°C的屈服强度试验数据，见表I。表I碳素铸钢ZG230-450高温力学性能在下列温度时的伽2 (MPa)
铸型材料元
权利要求
1.一种塑性金属鋳型材料许用应力的计算方法，所述塑性金属鋳型材料许用应力[O]= 0a2/N;其中，0(|.2为屈服強度，N为安全因数，其特征在于，安全因数N的计算公式为: N=n+kX max[(T-300)，0]，其中: n为铸型材料所取的基础安全因数； K为300°C以上时，鋳型材料安全因数的递增系数，取0.01 ; T为铸型温度。
2.根据权利要求1所述的塑性金属鋳型材料许用应力的计算方法，其特征在干，当所述塑性金属鋳型材料为碳素铸钢或铬钥铸钢时，所述基础安全因数n为3 ;当所述塑性金属铸型材料为球墨铸铁时，所述基础安全因数n为4。
3.根据权利要求1所述的塑性金属鋳型材料许用应力的计算方法，其特征在干，当所述塑性金属鋳型材料为碳素铸钢或球墨铸铁时，所述铸型温度T的范围设定为20 800°C;当所述塑性金属鋳型材料为铬钥铸钢时，所述铸型温度T的范围设定为20 900°C。
全文摘要
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，许用应力为屈服强度与安全因数N的比值；安全因数N为300℃以上时铸型材料安全因数的递增系数k乘以铸型温度T与300℃的差值和0℃的之间的最大值的积，再与铸型材料所取的基础安全因数n之和；当塑性金属铸型材料为碳素铸钢或球墨铸铁时，温度T的范围设定为20～800℃；当塑性金属铸型材料为铬钼铸钢时，温度T的范围设定为20～900℃。本发明提供的离心铸型常用塑性金属材料在高温条件下许用应力的方法，为离心铸型的设计提供了较为可靠的科学依据，同时还为离心机铸型破裂的安全事故定量分析奠定了基础。
文档编号G01N33/20GK103091469SQ201210586150
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者杨为勤, 杨大韬 申请人:武昌船舶重工有限责任公司