振动时效处理与热时效消除应力的时效效果对比

fanuc_zgj

   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

- P4 f+ N8 y# i9 q$ L! P" n   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。
　　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。
　　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%。
) `/ Q: X0 s8 K4 Z' m, O　　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。
8 Q% q/ w. s9 B1 k; C5 W- s
5 }$ Y- e1 p) [* K2 m" w1　时效工艺方案的确定

    1.1　热时效工艺方案
　　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
( {% a2 q, j: w. ?1 \; x　 　(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。

http://www.zhendongshixiao.com/up_files/image/Article/2008/08/11/48087721.gifhttp://www.zhendongshixiao.com/up_files/image/Article/2008/08/11/48087722.gif

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。
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2　时效结果的测定

    2.1　测试设备
; B$ U, i/ Z) x: P% C) p/ W: f　　测试设备为X射线应力测量仪，见图4所示。

http://www.zhendongshixiao.com/up_files/image/Article/2008/08/11/48087723.gifhttp://www.zhendongshixiao.com/up_files/image/Article/2008/08/11/48087724.gif   

图3 特性曲线                       图4　X射线应力测量仪

    2.2　应力测试
7 _. h9 x. S, W8 ^. o. E) n2 `　　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 (MPa)	时效后 ' b4 s: y7 }8 g# Q(MPa)	消除 * P& L3 Y0 l3 Y$ ?(%)	平均 (%)
热时效	3393 ! [. m8 ^8 Z2 q2 H% x* _* }- D3394	14.8 13.7	7.0 5.4	53 6 i6 y1 P! X* F* a% l1 j8 L( m61	57
振动时效	3395 + O9 Z4 S9 @  p3 S9 w" u' d& o! U3396	15.7 15.4	8.1 9.0	48 4 B; W& q8 @# e0 K% t42	45

注：此项测试结果是1993年4月完成的

    2.3　测试结果分析
　　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。

% T" ?0 ?: T$ \# }. s3 v/ q6 Y3　其它铸铁件应力测试结果
! Y: W8 ]) t6 q& D& F! D　　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）。

表3　测试结果

	名称	时效前 (MPa)	时效后 / n1 ~) @5 S, J(MPa)	消除(%)
热时效	工作台 # G: I0 f4 {  k并条	23 10	7 , O, g% Y' y$ x7 W- A3 c5	70 50
振动时效	工作台 # `) _. x/ f* F! }" n$ F- Z并条	21 13	8 # S8 b' s: D$ d6	62 : Y, c3 K) F+ k9 A: j54

% ]- N) m* f% e4　经济效益分析
# _  m6 M# M- Z  Y　　通过统计，热时效与振动时效耗能、成本比较见表4所示。
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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。
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5　结论
. Y: w* k" G1 \/ Q' g　　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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# L& j. o! N. }2 p2 A2 f[ 本帖最后由 fanuc_zgj 于 2009-6-1 09:22 编辑 ]

hnxtzzgg

不错能节约能源,请问能不能用在其它材料...

ajhtiger

从七八十年代海伦搞出第一个振动时效到现在，很多人在用，但没看过压力容器用的，而且一直看不到标准出来，看来虽然节约能源，但质量上还是有什么问题。

hnredbean

电子行业中振动和温度，就是效果相当的筛选应力。

nel1982

振动时效还是比较节能、效率比较高的时效方法，但是要因材料而已、因条件而异。

a5236102

楼主传的图片为什么看不到呢

cms

30mm 钢板在卷板机上卷成圆弧（半径1.5米）后，需不需要做时效？ 何种时效比较合适呢？

huaer995

楼主能否重发下，图片不全，最好发个PDF

LIAIYAO

楼主的图是连接的，原网页已经不存在。
网搜了下，有相同的文档，以下是链接网址
http://chinese121.com/articleinfo/detail_cn_9_35_232.aspx

mingliangzhu

感谢楼上的，震动时效处理还是第一次听说

xcy721626

震动时效有没有什么致命的缺点？是否会造成损伤？

groccui

振动时效可以在一定程度上促进原子迁移，在这个方面跟热时效有相同的作用。不过振动的量化指标不如温度容易控制。比如说：振动多大的频率可以促进原子迁移？而加热到多少温度可以促进原子迁移速度增大更容易量化，而且研究这方面的人也很多。
; y, T1 e# B' K' I/ h  yBTW：振动时效以前听说过，不过真不知道效果怎么样。

ARXU

热时效实际效果还是比较明显，也是最可靠的手段之一。振动时效目前也有很多在用，比如焊件、铸件，但效果如何，目前不好判定，机械工业部的标准就是振动时效公司联合出的，评定也是模糊不清的，如果是军工产品或关键零部件要慎用。

xinyuxuan

我们公司也在用振动时效处理，其共振时的声响够鼓舞人心的啊

gaoyns

金属结构件在铸造、焊接、锻压和机械切削加工过程中，由于热胀冷缩和机械力造成的变形，在工件内部产生残余应力，致使工件处于不稳定状态。振动时效处理是将工件(包括铸件,锻件,焊接构件等)在激振力作用下，进行振动处理,降低内部残余应力，使尺寸精度得到控制。这种工艺具有设备投资少、耗能小、不污染环境等特点。
: C2 e! B: {  _/ j, O但这种消除残余应力的方法目前还不如热时效处理方法可靠，残余应力降低幅度不如后者大。所以在压力容器等安全性要求较高的设备，仍用热时效方法进行消除热应力。振动时效方法常用于一般构件或箱体零件。