大型铸铁件在生产和使用过程中容易出现变形,主要受以下因素影响:

铸造工艺因素
冷却速度:大型铸铁件由于体积大,各部分冷却速度不均。厚壁处冷却慢,薄壁处冷却快,冷却速度的差异会导致收缩不一致,从而产生内应力,引起铸件变形。例如,在机床床身等大型铸铁件中,若壁厚设计不合理,厚大部位易出现缩松、缩孔等缺陷,同时因冷却缓慢,会在铸件内部形成拉应力,导致铸件整体或局部变形。
浇注系统设计:浇注系统对铁水的流动和充型过程有重要影响。若浇注系统设计不当,铁水充型不均匀,会使铸件各部位凝固时间不同,产生较大的内应力,进而导致变形。比如,采用底注式浇注系统时,铁水从底部缓慢上升,有利于铸件自下而上的顺序凝固,但如果浇口位置不合理,可能导致局部过热,使铸件产生变形。
分型面选择:分型面的选择会影响铸件的结构和工艺性。不合适的分型面可能导致铸件在脱模和冷却过程中受到额外的力,从而引起变形。例如,对于一些具有复杂外形的大型铸铁件,若分型面选择不当,会使铸件在起模时产生较大的阻力,导致铸件局部变形。
铸件结构因素
壁厚不均匀:大型铸铁件壁厚差异过大,在冷却过程中,厚壁部分收缩量大,薄壁部分收缩量小,这种收缩不协调会产生内应力,使铸件向厚壁方向变形。例如,在大型发动机缸体中,由于缸筒部位壁厚较厚,而缸体的其他部分壁厚相对较薄,在铸造冷却过程中,缸筒部位会因收缩滞后而对周围薄壁部分产生拉应力,导致缸体整体发生变形。
结构不对称:铸件结构不对称时,各部分的收缩和变形趋势不同,容易产生变形。如一些大型齿轮箱箱体,其一侧有较多的加强筋或凸起结构,而另一侧相对平整,在冷却过程中,有加强筋的一侧冷却速度慢,收缩量小,另一侧冷却速度快,收缩量大,从而导致箱体发生扭曲变形。
材料因素
化学成分:铸铁中碳、硅、锰、硫、磷等元素的含量对其收缩率和热膨胀系数有影响。碳含量高,铸铁的流动性好,但收缩率也较大;硅含量适当增加,可提高铸铁的流动性和强度,但过量会使铸铁的韧性降低,热膨胀系数增大。例如,当碳、硅含量控制不当时,大型铸铁件可能因收缩或膨胀问题产生较大的内应力,导致变形。
金相组织:铸铁的金相组织如珠光体、铁素体、石墨等的形态和分布,会影响其力学性能和热稳定性。珠光体含量高,铸铁强度高但韧性差,热稳定性相对较低;石墨形态良好,分布均匀,可改善铸铁的韧性和抗变形能力。若金相组织不均匀,在受热或受力时,不同组织区域的变形不一致,容易引发铸件整体变形。
加工与使用因素
加工余量:加工余量不均匀会使铸件在加工过程中去除的材料量不同,导致铸件内部应力重新分布,从而引起变形。例如,大型铸铁平板在加工时,若加工余量在平面上分布不均匀,加工后平板会因应力释放而产生平面度超差等变形问题。
使用环境:大型铸铁件在使用过程中,若所处环境温度变化大、存在振动或受到不均匀的外力作用,都可能导致铸件变形。如大型矿山机械中的铸铁机架,在恶劣的工作环境下,受到矿石的冲击和机器的振动,容易产生疲劳变形。