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理论上，就单纯以消除应力为目的，振动时效处理完全可以取代热时效处理，既节能环保、方便易用，又可以提高生产加工效率。 摘要 通过对机座及其它铸铁件进行振动时效和热时效处理，用X射线衍射法测量其时效效果，得出振动时效能消除残余应力的42%～62%，热时效能消除残余应力的50%～70%。 关键词 残余应力 振动时效 热时效# d0 E2 _% y- r( d' l
: t! w2 Y5 K1 a8 s% N+ o* D
铸件凝固以后在冷却过程中会产生残余应力，残余应力对铸件质量影响大，尤其在交变载荷作用下的工件，当载荷作用方向与残余应力方向一致时，内外应力总和可能超过材料的强度极限，严重时使铸件局部或整体断裂；有残余应力的铸件，经机械加工，往往会发生变形或降低零件精度。因此，消除或降低铸件内部的残余应力是十分必要的。
5 m! Q" O9 a S* D 传统的时效方法是热时效，这种方法耗能大、成本高；环境污染严重；生产周期长、不易配炉；更重要的是炉温均匀性差，升、降温速度不易控制，易产生二次残余应力、微观裂纹，甚至造成铸件报废。; V7 d/ c, _. l$ _4 o
振动时效能消除铸件内部残余应力的20%～80%，热时效能消除铸件内部残余应力的50%～80%，且振动时效所消耗能源仅为热时效的5%。
# D7 j( |1 y; s/ L' M- [4 X- a 为了能给企业创造更高的经济效益，本厂采用振动时效这项新技术，首先选择铸铁件Z01.1.18机座(材料HT 200，单重900kg，最大壁厚50mm，最小壁厚20mm)。对其进行振动时效和热时效处理，然后用X射线衍射法分别测量其时效结果。
4 y( E5 I0 ?# E5 r- S' n& R. F+ {% c. r8 h4 {9 s4 e& }9 ]
1 时效工艺方案的确定 1.1 热时效工艺方案
2 w- o$ `: {9 G# u/ n' a4 y 热时效是将铸件加热到塑性状态的温度范围，在此温度下保温一定的时间，使应力消除，再缓慢冷却，机座的热时效工艺如图1所示。 1.2 振动时效工艺方案9 c. ^* G" \- O$ r* `. X; q* V
(1) 支撑点的选择、激振点的确定、传感器的安放位置见图2所示。 图1 机座热时效工艺 图2 机座 (2) 工艺参数见表1所示。 表1 工艺参数 | 档位 | 主振频率 | 激振时间 | 振前 | 振后 | | Vo/V | Io/A | Vt/V | It/A | | 3 | 4820r/min | 30 | 129 | 3.5 | 126 | 2.8 |
(3) 特性曲线见图3所示。
' @' L) X6 L; {# S4 |" j2 时效结果的测定 2.1 测试设备; P) L1 s* O0 j2 c1 G: I t
测试设备为X射线应力测量仪，见图4所示。 图3 特性曲线 图4 X射线应力测量仪 2.2 应力测试
! ?# `3 R2 Y. T; w+ F# f7 {9 Y/ \& ] 根据机座的结构，A点(见图2)残余应力较大，为易裂部位，因此，对A点振动时效前、后，热时效前、后分别进行应力测量，测试数据见表2。 表2 测试数据 | | 铸号 | 时效前
, \* B+ U8 x9 V1 x5 \(MPa) | 时效后
4 ~! c5 w+ U* i' O2 F/ L(MPa) | 消除3 s1 T3 e+ H/ Z; g
(%) | 平均
' b* u6 y2 a, f7 k) }7 [(%) | | 热时效 | 3393
* M; g8 M% J7 p2 G* V% l5 b( n3394 | 14.84 v8 V" ~" i9 \% ]: z$ c
13.7 | 7.0
2 n8 b& s! T( ?% W- @9 Q! T9 v- @( T5.4 | 53; y. H) x& e5 L( n7 H2 M
61 | 57 | | 振动时效 | 3395* s \4 y' z9 J7 H% D; K8 h
3396 | 15.7
/ F! `9 [9 ?. u9 @- e15.4 | 8.1
1 i E, { ?: x: ~! F9.0 | 48
8 \% ^: n; E! S' k, G+ z42 | 45 |
注：此项测试结果是1993年4月完成的 2.3 测试结果分析
3 r6 A; t& }" L+ N 从表2测试数据来看，热时效能消除机座A点残余应力的51%，振动时效能消除残余应力的45%，结果比较理想，也符合资料上的介绍情况。
3 Y1 v7 n% ~ `- Q) {2 j3 V# D }3 {3 P1 {5 N
3 其它铸铁件应力测试结果' b; U1 _0 ?2 q# S; [" [ D9 E
除了对机座进行应力测试外，对工作台、并条等铸件也采用同样的方法进行测试，结果也与预期的相吻合（见表3）。4 @" _) c L& j1 D3 T! X3 D2 C; F% t
表3 测试结果 | | 名称 | 时效前# x* L- _# L4 l3 a
(MPa) | 时效后+ v0 Q& ^0 N2 e: v8 R: t5 i N3 Z
(MPa) | 消除(%) | | 热时效 | 工作台. `/ A% e0 F3 D8 Y* O( ~
并条 | 23
- }( M3 ^4 \+ Y3 G) c( z* x10 | 7
. Z- Z6 E3 X2 ^. e5 | 70& A4 r4 c N$ }; T$ C2 E
50 | | 振动时效 | 工作台. J8 ^, X5 K& }
并条 | 21; C- ]0 H) |. [: |3 l
13 | 8
2 A" b( O' T5 C9 V; v+ @6 | 621 J3 K( s- V6 a) J$ d1 q/ z0 `
54 |
4 经济效益分析8 A5 X0 D; B" S( S0 M
通过统计，热时效与振动时效耗能、成本比较见表4所示。
* }% |8 x6 _9 _) D* W3 k, R" g表4 热时效、振动时效、成本比较 | | 耗能(元/t) | 成本(元/t) | | 热时效 | 21.14 | 119.20 | | 振动时效 | 0.76 | 2.00 |
从表4来看，振动时效比热时效节能(21.14-0.67)÷21.14×100%=96.8%，成本降低(119.20-2.00)÷119.20×100%=98%。由此看来，振动时效新技术与热时效相比经济效益十分显著。; l$ D j5 G; S8 X/ E0 \
1 y2 D/ g. [% N) R
5 结论
8 ^3 T# G9 ]6 e5 ~. M5 U+ l$ t 通过采用X射线衍射法测量铸铁件器热时效与振动时效前后的残余应力，说明热时效能消除残余应力的50%～70%，振动时效能消除残余应力的42%～62%，振动时效比热时效节能96.8%，成本降低98%。振动时效是一项可广泛应用的新技术。
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- [8 }. C i& W[ 本帖最后由 fanuc_zgj 于 2009-6-1 09:22 编辑 ] | 
发表于 2009-6-1 09:18:14
发表于 2010-5-15 09:34:08
发表于 2011-1-9 11:02:23