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振動時效又稱振動消除應力法，是將工件(包括鑄件、鍛件、焊接結構件等)在其固有頻率下進行一定時間的振動處理，消除和均化其殘余應力，使工件尺寸精度獲得穩(wěn)定的一種工藝。這種工藝具有耗能少、時間短、效果顯著等特點。近年來在國內(nèi)外已得到迅速的發(fā)展和廣泛的應用。
振動時效的原理
國內(nèi)外大量的應用實例證明，振動時效對消除和均化殘余應力，穩(wěn)定工件的尺寸精度具有良好的作用。為了降低和均化工件內(nèi)的成型內(nèi)應力，保持構件的尺寸精度，生產(chǎn)上采用的方法大致可分為以下兩大類。 *一類：使內(nèi)應力大量消除，如熱時效（將構件加熱到一定溫度，保溫一段時間然后緩慢冷卻至室溫）一般可以消除殘余應力的30-80%。 第二類：均化部分內(nèi)應力，提高工件的松弛剛度，如自然時效和加載處理等。振動時效的作用是以上兩類時效方法綜合的結果，它不僅大量消除和均化成型內(nèi)應力（降低成型內(nèi)應力30-60%），而且還可以有效的提高構件的松弛剛度，提高構件的抗動載荷變形能力。對于振動時效的原理可從下面幾個方面來綜合分析。
從微觀方面分析，振動時效可視為一種以循環(huán)載荷的形式施加于工件上的一種附加動應力。眾所周知，工程上采用的材料都不是理想的彈性體，其內(nèi)部存在著不同類型的微觀缺陷。故而無論是鋼、鑄鐵或其他金屬，其中的微觀缺陷附近都存在著不同程度的應力集中。當受到振動時，施加于零件上的交變動應力與零件中的殘余應力疊加。當應力疊加的結果達到一定的數(shù)值時，在應力集中最嚴重的部位就會超過材料的屈服極限而發(fā)生塑性變形。這種塑性變形降低了該處殘余應力峰值，并強化了金屬基體。而后，振動又在一些應力集中較嚴重的部位上產(chǎn)生同樣作用，直至振動附加應力與殘余應力疊加的代數(shù)和不能引起任何部位的塑性變形為止。此時，振動便不再產(chǎn)生消除和均化殘余應力及強化金屬的作用。上述解釋已由大量的試驗加以證明。
從宏觀角度分析，振動時效使工件產(chǎn)生塑性變形，降低和均化殘余應力并提高材料的抗變形能力，無疑是導致工件尺寸精度穩(wěn)定的基本原因。從分析殘余應力松馳和工件變形中可知，殘余應力的存在及其不穩(wěn)定性造成了應力松馳和再分布，使工件發(fā)生塑性變形。故通常采用熱時效方法以消除和降低殘余應力，特別是危險的峰值應力。振動時效同樣可以降低殘余應力。工件在振動處理后殘余應力通常可降低30-60％，同時也使峰值應力降低，使應力分布均勻化。
除殘余應力值外，決定工件尺寸穩(wěn)定性的另一重要因素是松馳剛性，或工件的抗變形能力。有時雖然零件具有較大的殘余應力，但因其抗變形能力強，而不致造成大的變形。在這一方面，振動時效同樣表現(xiàn)出明顯的作用。由振動時效的加載試驗結果可知，經(jīng)振動時效處理過的工件其抗變形能力不僅高于未經(jīng)振動時效處理過的工件，也高于經(jīng)熱時效處理過的工件。振動時效通過共振的巨大能量而使材料得到強化，使工件的尺寸精度達到穩(wěn)定。
此外，從位錯、品格滑移等金屬學理論上更能去解釋振動時效的機理。其主要觀點是振動時效處理過程實際上是通過在工件的共振狀態(tài)下，給工件的每一部位(從微觀角度說是工件里的每一個微觀晶格)施加一定的動能量，如果施加的這個能量值與微觀組織本身原有的能量值(殘余應力本身是一種勢能)之和，足以克服微觀組織周圍的井勢(也可以說是對恢復平衡的束縛力)，則微觀區(qū)域必然會產(chǎn)生塑性變形，使產(chǎn)生殘余應力的歪曲部位得以慢慢地回復平衡狀態(tài)，使應力集中處的位錯得以滑移并重新釘扎，達到消除和均化殘余應力的目的。對于殘余應力集中的地方，殘余應力值較大，其微觀組織本身所具有的回復平衡狀態(tài)的勢能值也較大，所以，此處的殘余應力在振動處理過程中消除的就越多。只有從這一觀點上才能解釋通許多用*一種觀點所解釋不通的一些現(xiàn)象。比如：在振動處理過程中我們只需施加一個方向的主動應力，就能消除包括垂直主動應力方向上的所有殘余應力等。 |
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