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

: j+ ?/ ~3 U) I. N; W: a   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%。
　　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。

1　时效工艺方案的确定

    1.1　热时效工艺方案
1 A! r3 r( F, `* H* X( s- D　　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
　 　(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

　　
' J1 n# }) y  b% N$ B  h; D    (3)　特性曲线见图3所示。
7 t% o  z) M. u8 b" J! l

2　时效结果的测定

    2.1　测试设备
　　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
8 ~1 o$ l- j$ b. g　　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 & R$ O8 i6 p7 T(MPa)	消除 (%)	平均 (%)
热时效	3393 9 c% {7 f. S9 C) L. o3 {; W3394	14.8   \; X8 x* D" Z! U13.7	7.0 5.4	53 : M3 t, c# }2 E0 i( f6 {61	57
振动时效	3395 / ~- _7 Q( W1 g' U6 Q5 M/ P# [, F3396	15.7 15.4	8.1 3 y8 D& b. B* Y: ?( X) I' G9.0	48 42	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。
! A$ X) a/ F+ w# o9 v( Y
2 V* G7 m% g! v$ k$ r; f9 f3　其它铸铁件应力测试结果
" N4 O% t+ J6 X7 `" v- }8 q　　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）。
/ t/ n- A* d5 j4 G) W( |- `

表3　测试结果

	名称	时效前 (MPa)	时效后 2 s% m6 K+ d  _(MPa)	消除(%)
热时效	工作台 1 p4 T# F% p) G* Z) r  V并条	23 7 @) g$ d( l8 b10	7 9 B" I2 O: p& W& y- `5 B& ]5	70 50
振动时效	工作台 并条	21 13	8 ) g' K) ~; w$ n. o- G6	62 ' l! W1 X. t9 A! G3 L' f54

4　经济效益分析
　　通过统计，热时效与振动时效耗能、成本比较见表4所示。

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

　　
$ Q+ l, a! v; D/ X  M    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。

4 N; o; V: Z+ I' Y( i5　结论
. k2 j3 B3 d( M' r　　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。

/ {  k* F' ?- Q0 t[ 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。
# F* ?  }- t' I+ J5 E: t# W6 [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。
4 P& L. \5 U$ H0 VBTW：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。
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。