振动时效工艺 为什么要去应力 构件经过焊接、铸造、桥梁、轮船、汽车、钢结构、锻造、机械加工等工艺过程，在其内部产生了残余应力，它极大地影响了构件的尺寸稳定性、刚度、强度、疲劳寿命和机械加工性能，甚至会导致裂纹和应力腐蚀。去应力就是降低残余应力，使构件尺寸的精度稳定。 去应力的方式有哪些 目前时效的方法主要有三种，自然时效、热时效、振动时效。 自然时效是最古老的方法，它是把构件置于室外，让其经过气候、温度的反复变化，在反复温度应力作用下，使残余应力松弛、尺寸精度获得稳定。一般认为，经过一年自然时效的工件，残余应力仅下降2～10％，但是却较大地提高了工件的松弛刚度，因而工件的尺寸稳定性很好。但因其时间太长，一般不在实际生产中采用。 热时效是传统的时效方法，它是利用热处理当中的退火技术，通常是将工件加热到500～650℃进行较长时间的保温后再缓慢冷却至室温。在热的作用下通过原子扩散及塑性变形使内应力消除。从理论上讲采用热时效时，只要退火温度和时间适宜，应力可以全消除。但在实际生产中通常认为最好可以消除残余应力的70～80％，与此同时它能造成工件材料表面氧化、硬度及机械性能下降等缺陷。因此，人们一直在研究更好的方法来消除残余应力。 振动时效是在上个世纪初期产生并发展起来的消除应力新方法。即工件在激振器所施加的周期性外力作用下产生共振，松弛残余应力，获得尺寸精度稳定性。也就是在机械的作用下，使构件产生局部的塑性变形，从而使残余应力得到释放，以达到降低和调整残余应力的目的。但机械作用使应力消除的程度是有限的，不可能全消除。因此振动时效往往是把应力降低（主要是降低残余应力峰值）和重新分布作为主要目的。 振动消除应力是对构件施加一交变应力，如果交变应力幅与构件上某些点所存在的残余应力之和达到材料的屈服极限处，这些点将产生塑性变形。如果这种循环应力使某些点产生晶格滑移，尽管宏观上没有达到屈服极限，也同样会产生微观的塑性变形，况且这些塑性变形往往是首先发生在残余应力最大点上，因此使这些点受约束的变形得以释放从而降低了残余应力。这就是用振动时效可以消除残余应力的机理。 振动时效的优势 振动时效之所以能够部分地取代热时效，在实际当中被广泛应用，是与该项技术具有的一些明显的优越特征分不开的。 1、投资少适用性强。与传统的热时效相比它无需庞大的时效炉，现代工业中的大型铸件与焊接件越来越多也越来越大，如采用热时效消除应力则需建造大型时效炉，不仅造价昂贵、利用率低，而且炉内温度很难均匀，消除应力效果差。采用振动时效可以避免这些问题。因此，目前对长达几米至几十米的桥梁、船舶、化工器械的大型焊接件和重达几吨至几十吨的超重型铸件，较多地采用了振动时效。 2、生产周期短效率高。热时效往往需要经过数十小时的周期方能完成，而振动时效一般只需数十分钟即可完成。而且，振动时效不受场地影响可减少工件在时效前后的往返运输。如将振动设备安置在机械加工生产线上，不仅使生产安排更加紧凑而且可以消除加工过程中产生的应力。 3、使用方便。振动时效设备体积小、重量轻，便于携带，我国目前生产的激振器可振动处理500吨以下的工件，但振动装置本身仅重几十公斤。正是由于振动处理不受场地影响，振动装置又可携至现场，所以这种工艺与热时效相比，使用简便，适应性较强，可安排在任何工序之间也可多次进行。 4、节约能源，降低成本，无废渣、废气及辐射等污染。在工件的共振频率下进行时效处理，耗能极小。实践证明，功率为0.25至1马力的机械式激振器可振动150吨以下的工件。其能源消耗仅为热时效的3～5％，成本仅为热时效的8～10％。加之热时效时均需要以煤、油等做为燃料不可必免地要排出大量的废渣、废气等不能够满足越来越高的环保要求。故振动时效已逐渐成为去应力的优选。 5、机械性能显著提高。经过振动时效处理的工件其残余应力可以被消除20～80％左右，高拉应力区消除的比低应力区大。可提高使用强度和疲劳寿命，而且从根本上防止了金属在热时效过程中产生的翘曲变形、氧化、脱碳及硬度降低等缺陷。还可以提高构件抗变形的能力，稳定构件的精度，提高机械质量。 实践证明，振动时效适用于碳素结构钢、低合金钢、不锈钢、铸铁、有色金属（铜、铝、锌及其合金）等材质的铸件、锻件、焊接件及机加工件的应力消除。 现在的振动工艺装备如图所示：它是将一个具有偏心重块的电机系统(激振器)用卡具安放在工件上并将工件用胶垫等弹性物体支承，如图所示。通过主机控起动电机并调节其转速，使工件处于共振状态。一般工件经15-30分钟的振动处理即可达到调整残余应力的目的。 |
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