灰铸铁的抗剪强度与铸件的关系见公式及分析

由于灰口铸铁具有较好的减振性和抗压性，常用于制作机床底座、箱体、支架和机床床身。 然而，我们经常遇到利用灰口铸铁的脆性，使铸件在运行过程中受到剪切应力的情况。 如：轮胎行业橡胶厂的安全片等。通常，灰铸铁的常规性能检测指标包括抗拉强度、抗弯强度和硬度等，在设计结构时有标准可遵循。 然而，灰口铸铁的剪切强度只能通过试验获得。 通过力学性能试验，得到单铸试棒的抗拉强度与铸件剪切强度的关系曲线，有助于选择能承受剪切应力的构件的设计参数。

1测试方法

试验所用材料为HT200，在冲天炉中熔炼。 拉伸试验棒材和铸件取自同一铁水包，随机试验10次。 用于加工拉伸试棒的单铸试棒尺寸为：30x300； 用于加工剪切试件和本体拉伸试棒的铸件尺寸为：∅140x400； 将测试棒和铸件退火。 剪切试件分为a、b两种结构，如图1所示。

试件的剪切强度测试在压力试验机上进行，如图2所示。在拉伸试验机上对试棒进行拉伸试验。

2测试结果与分析

2.1 单铸试棒抗拉强度与铸件抗剪强度的关系

根据图2所示的剪切试验，铸造10批140x400铸棒。 每批取一根棒材，下端去掉10毫米，上端去掉60毫米，中间段加工成不同的厚度。

度（h）试件。 然后，分别取一组厚度（h）为30和26的试件，进行剪切试验。 剪力P与剪应力II的关系如式(1)所示。

由于剪切力P为实验测量值，因此可由式（3）计算出相应的两个剪切强度值，如表1所示。其中，抗拉强度值取自单根铸造试棒包裹在同样的铁水中。 将表1中的数值经计算机拟合，得到图3、4、5中拉伸强度与剪切强度的关系曲线。

从试验中可以看出，随着灰口铸铁抗拉强度的增加，剪切强度也随之增加。由图5可见，两组剪切强度数据随抗拉强度的变化趋势是一致的。

折线基本重叠。从表1可以看出，单铸件试验时

当杆材抗拉强度为209 MPa时，σb:r（拟合值）=（1.18-1.27）：1； 当抗拉强度为290 MPa时，Pb：r（拟合值）=（1.47-1.53​​）：1。显然，在此范围内，t与σb之间的关系不是线性的。 当试件厚度（h）从30槽试件变为26槽试件）时，剪切强度值波动较大。 造成这种现象的主要原因是沟槽根部的结构。 虽然灰铸铁材料的敏感性系数可以认为很小，但在试件加工过程中，沟槽根部被加工成尖角，出现刀痕。 试件进行剪切试验时，这些部位会出现应力集中，导致剪切强度显着降低； 或者，凹槽根部出现圆弧结构，显着提高试件的剪切强度。

2.2 单铸试棒、批量试棒的抗拉强度与铸件剪切强度的关系

上述试验研究了单铸试棒的拉伸强度与尺寸∅140x400铸件的剪切强度之间的关系。 在生产过程中，可以在不损坏铸件的情况下，通过单根铸件试棒的抗拉强度来预测相当于∅140x400厚度的铸件的剪切强度范围。 然而，上述试验并未建立同一铸件的拉伸强度和剪切强度之间的关系。 用同一铁水铸造出3根单铸拉伸试棒和一组∅140x400铸件，然后从∅140x400铸件加工出4块整体拉伸试棒和6个h为23的剪切试件。 单铸试棒抗拉强度、块体试棒抗拉强度和剪切强度的关系，试验数据见表2。

由表2数据可以看出，σb、σbl和t中，整体试棒的抗拉强度最低，单铸试棒的抗拉强度最高。 这是由于灰铸铁对温度敏感的特性。 灰铸铁零件有不同的厚度、尺寸、冷却条件和性能。 另外，在铸件生产中，不宜用单根铸件试棒的强度值来直接表示断面厚度为30毫米铸件的性能。 相反，应使用校正值进行必要的校正。

3结论

(1)灰铸铁单铸试棒抗拉强度在209～290MPa范围时，∅140x400铸件对应的剪切强度为165～198MPa，标准差为12.6。

(2)当单铸试棒与∅140x400铸件浇入同一铁水时，当单铸试棒的抗拉强度为257 MPa时，与∅140x400铸件的抗拉强度和剪切强度相同。 ∅140x400 铸件的主体样本。 其比为σb : σbl:t=1.46:1.29:1，拉伸强度的标准偏差为13.8，剪切强度的标准偏差为19.6。

结尾