钢锭模的热应力在力学

钢锭模的热应力在力学-球墨铸铁分析显微镜

  一般钢锭模的使用次数依其材质而不同，灰口铸铁的锭模可使
用50—70次，球墨铸铁的锭模可使用100次以上。钢锭模的寿命还
与其结构和所承受的应力有关。
  钢锭模的应力分析
  钢锭模除在整、脱模过程中承受机械应力外，在铸锭过程中主
要承受热应力。特别是开浇时，由于钢液和锭模之间温差很大，故
有“热冲击”的影响。在锭模升温和降温过程中，由于锭模各部厚
度不同，散热条件不同，且其均随时间而变化，故热应力是不均匀
的。由于铸铁基本属于脆性材料，所以在具有拉应力的部位易产生
纹裂。
  随着铸锭次数的增加，铸铁在高温下会产生氧化和“石墨生长
”。反复的加热和冷却会产生“热疲劳”，使钢锭模内腔产生网状
龟裂，进一步产生局部掉肉。当锭模的裂纹长度超过300μm，或局
部掉肉面积超过lOOmm×lOOmm，或钢锭模吊耳折断时，钢锭模即可
报废。
  作者在研究中发现，钢锭模的热应力在力学中属于“静不定”
问题，即钢锭模各部应力关系不能用简单的力学方程求解，钢锭各
部的应力互相牵扯，并可的设计应当遵循“强度均衡”原则，即钢
锭模壁厚的分配应使其热应力比较均衡地分布。由此可知：等壁厚
的设计是不合理的。
  钢锭模的开口部位(如模的上口或下VI)具有“开口效应”，因
此在该部位应设置具有一定高度和厚度的加强围带。在转角处和锭
模形状变化处会产生“应力集中”，故钢锭模的外形应尽可能设计
成圆形、椭圆形和弧形，钢锭模的厚度也不能相差悬殊。在钢锭模
的高度方向上，外壁中部设计成向外凸出，使其中部壁厚增厚呈“
龟背形”，以控制模壁的高向变形，防止其高温部分

内壁龟裂和模内壁产生横向裂纹。

(本文由上海光学仪器厂编辑整理提供, 未经允许禁止复制http://www.sgaaa.com)