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时效振动机源自于敲击时效。通过设备使工件在固有频率下产生共振,使周期性的动应力与残余应力叠加,使工件局部产生塑性变形而释放应力。从而降低和均化工件内部的残余应力,使工件尺寸精度达到稳定。
振动时效技术具有节能、节省费用、方便简单、省时省力、减少污染等优点,因此受到国内外的广泛重视。尤其是在今年环保严查严打的环境下,在使用热处理进行应力消除就更加困难了 。
振动时效的实质就是金属晶粒之间的位错移动、增殖、塞积缠结的过程,振动时效的效果是由位错密度变化和位错组态变化的 结果。
由于各种零件的结构和重量不同,残余应力的大小分布不同,振动时效选用的振动时间也应有所不同。振动时间的长短对振动时效的效果,尤其是获得佳技术和经济效果是有一定的影响的。除英国的振动时效工艺外,其他包括中国在内的所有国家所选用的都是长时间的亚共振处理方法。华云时效设备一般仅需要30min左右即可。振动时效技术消耗能量仅为热处理的3%-5%,完全不产生废渣废气,对环境没有污染的!是属于绿色环保技术!
振动时效有什么特点?
1.适用性强
由于设备简单易于搬动,因此可以在任何场地上进行现场处理。它不受构件大小和材料的限制,从几十公斤到几百吨的构件都可使用振动时效技术。特别是对一些大型构件无法使用热时效处理时,振动时效就具有更加的性。
2.节省成本
振动时效只需30分钟即可进行下道工序。而热时效至少需一至二天以上,且需大量的煤油、电等能源。因此,相对于热时效来说,振动时效可节省能源90%以上,可节省费用90%以上,特别是可以节省建造大型焖火窑的投资。
3.机械性能显著提高
经过振动处理的构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。因此可以提高使用强度和疲劳寿命,降低应力腐蚀。可以防止或减少由于热处理、焊接等工艺过程造成的微观裂纹的发生。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。
什么叫残余应力?
物体受外部作用(主要是力和温度)等引起的变形(或者有变形的趋势),其内部各部分之间因相对位置改变而引起的相互作用力,称为内力,单位面积上的内力称应力。外力撤销后,存在于物体内部的应力,称为残余应力。
残余应力是工艺过程的结果,主要有铸造应力、焊接应力、加工应力和热应力等。物体内部应力积累达到一定程度或局部应力急剧增大的现象,叫应力集中,应力集中是物体产生疲劳破坏的主要原因。
金属构件在锻压、切削、铸造、焊接等加工过程中,由于受力或受热不均匀,内部产生不均匀的塑性形变,加工完后,都存在残余应力。残余应力是金属构件开裂或变形的重要原因,地影响金属构件的疲劳强度和尺寸精度的稳定性。
一般来说,比较常用的有自然失效、热时效、振动时效法等时效方法。自然时效是把构件露天放置于室外,经过几个月至几年的风吹、日晒、雨淋和季节的温度变化,给构件多次造成反复的温度应力,促使残余应力发生松弛,使尺寸精度获得稳定。这种时效后的构件精度高,但时间太长且占地大,后期需要进行除锈工艺,并不太适用于追求高产量的企业。热时效是把工件放进热时效炉中进行热处理,由室温缓慢均匀加热至550℃左右,保温4-8小时,再严格控制降温速度至150℃以下出炉。这种方法成本较高,需要的加热炉,投资大、能耗大、效率低、污染环境、容易产生新的变形和二次应力。振动时效通过振动,使材料发生微量的塑性变形,从而使材料内部的内应力得以松弛和减轻,是工程材料常用的一种消除其内部残余内应力的方法。
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未经时效的零件,也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。
传统振动时效应用上存在的问题
振动时效技术虽然在、节能、环保等方面有着非常明显的优势,但传统的振动时效技术也就是亚共振技术也确实存在着几十年未能解决的技术难题,无法纳入正式的工艺生产流程,也始终没有受到广泛企业的认可,得到大规模的应用。
国内外很多实验和实践应用现已证明,振荡时效可使工件在长期使用中精度变化量比热时效小,工件尺度安稳所需求的时刻比热时效要短。因此说振荡时效关于安稳工件的尺度精度具有的作用。
关于振荡时效进程的机理,国内外现已进行了很多的研究工作,获得以下的一致。振荡时效就是对金属构件施加周期性的作用力(动应力),在振荡时效进程中,施加到金属构件各部分的动应力,与内部剩余应力叠加,当叠加幅值大于金属构件的屈从极,金属构件内的点晶格滑移,发生细小的塑性受形,然后到达终就剩余应力的意图。