PDF《振动时效技术的应用和发展》

398 振动时效技术的应用和发展 北京翔博科技有限责任公司技术总监 胡晓东 金属工件在铸造、锻压、焊接和切削加工和使用过程中,由于受热冷、机械变形作用, 在工件内部产生残余应力, 致使工件处于不平稳状态, 降低工件的尺寸稳定性和机械物理性 能,使工件在服役过程中产生应力变形和失效,尺寸精度得不到保证.

为了消除残余应力, 过去通常采用热时效和自然时效.自然时效周期太长,占地面积大,不适应大批量生产;

热 时效使用费高,且占地面积大,辅助设备多,耗能高,炉温控制难度高,工件易氧化,增加 清理工作量,且易因受热不均致裂,并在冷却过程中产生新的应力,此外,热时效处理劳动 条件差,污染环境,机械化自动化水平也不高.振动时效显著节能、降低成本、缩短周期. 与热时效相比振动时效节约时效成本 90%以上,节能 95%以上,节约投资 90%以上,自然 时效周期要半年或两年, 热时效需 1-2 天, 而振动时效通常仅需半小时, 最长不超过

1 小时. 设备轻便易携,工艺简单,适应性强,自动化程度高,不受工件大小、重量、地点限制. 振动时效适应现代工业社会对能源和环保的要求. 它在某些方面已有取代传统热时效的 趋势,成为一种革命性的高新技术.已引起机械制造业的极大关注和兴趣.近

二、三十年来 在世界范围内得到更为广泛的应用.

一、振动时效概述 1,振动时效原理 振动消除应力简称 VSR(Vibratory Stress Relief) ,它是利用一受控振动能量对金属工件 进行处理,达到消除工件残余应力的目的. 国内外大量的应用实例证明,振动时效对稳定零件的尺寸精度具有良好的作用.然而, 对于振动时效稳定尺寸精度的机理,迄今为止尚无系统的、满意的解释. 从宏观角度分析, 振动时效使零件产生塑性变形, 降低和均化残余应力并提高材料的抗 变形能力, 无疑是导致零件尺寸精度稳定的基本原因. 从分析残余应力松弛和零件变形中可 知,残余应力的存在及其不稳定性造成了应力松弛和再分布,使零件发生塑性变形.故通常 采用热时效方法以消除和降低残余应力, 特别是危险的峰值应力. 振动时效同样可以降低残 余应力.零件在振动处理后残余应力通常可降低 20-30%,有时可达 50-60%,同时也可使 峰值应力降低,使应力分布均化. 除残余应力值外, 决定零件尺寸稳定性的另一重要因素是松弛刚性, 或零件抗变形能力. 有时虽然零件具有较大的残余应力,但因其抗变形能力强,而不致造成大的变形.在这一方 面,振动时效同样表现出明显的作用.由振动时效的加载试验结果可知,振动时效件的抗变 形能力不仅高于未经时效的零件, 也高于经热时效处理的零件. 通过振动而使材料得到强化, 使零件的尺寸精度达到稳定. 从微观方面分析,振动时效可视为一种以循环载荷的形式施加于零件上的一种附加应 力. 众所周知, 工程上采用的材料都不是理想的弹性体, 其内部存在着不同类型的微观缺陷, 铸铁中更是存在着大量形状各异的切割金属机体的石墨.故而无论是钢、铸铁或其他金属, 其中的微观缺陷附近都存在着不同程度的应力集中. 当受到振动时, 施加于零件上的交变应 力与零件中的残余应力叠加. 当应力叠加的结果达到一定的数值后, 在应力集中最严重的部 位就会超过材料的屈服极限而发生塑性变形. 这塑性变形降低了该处残余应力峰值, 并强化 了金属基体.而后,振动又在另一些应力集中较严重的部位上产生同样作用,直至振动附加 应力与残余应力叠加的代数和不能引起任何部位的塑性变形为止, 此时, 振动便不再产生消 除和均化残余应力及强化金属的作用. 振动时效工艺处理现场图