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工艺原理

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振动时效原理

◆振动时效技术又称“振动消除应力法”,国外简称“VSR”技术。它的实施过程是通过振动时效装置的控制系统控制激振器的转数和偏心作用在工件上产生离心力,使工件发生共振(谐振),让工件需时效部位产生一定幅度、一定周期的交变运动,并吸收能量,经过一定时间的振动引起工件微小塑性变形及晶粒内部位错逐渐滑移,并重新缠绕钉扎使得残余应力被消除和均化,防止工件变形和开裂,从而达到提高工件尺寸精度稳定性,增强工件的抗变形能力和提高疲劳寿命。

 

◆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。从分析残余应力松驰和零件变形中可知,残余应力的存在及其不稳定性造成了应力松驰和再分布,使零件发生永久塑性变形。故通常采用热时效方法以消除和降低残余应力,特别是危险的降值应力,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30—80%,同时也使峰值应力降低使应力分布均匀化。

 

◆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动应力,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基体的石墨。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。当应力叠加的结果到一定的数值时,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。这种塑性变形降低了该处残余应力降值,并强化了金属基体,而后振动又在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。

 

◆实践证明振动时效替代热时效后可节约能源90%以上,提高抗变形能力30%以上,尺寸稳定性提高30%以上,疲劳寿命提高20%以上。处理时效通常只需15—45分钟,不分场地,不受工件尺寸、形状、重量等限制,可处理几公斤至几百吨的工件。便携工件不需运输可就地处理,可插在任何工序之间进行处理。采用振动时效可提高工效几十倍,它具有减少环境污染、缩短生产周期、改善劳动条件、工艺简便等优点,是一项投资少、见效快、综合效益显著的工艺。

 

◆振动时效适应于碳素结构钢、低合金钢、不锈钢、铸铁、有色金属(铜、铝、锌及其合金)等铸件、锻件和焊接件及其机加工件。

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