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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
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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。
; W; T% O3 m8 ?- `$ f: o4 F 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。
4 E8 l+ Z1 \" b& S 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%。1 ]' S, v5 i$ h# B7 i
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。9 F( Y8 c$ _8 g( s
! q1 N6 G* z8 f3 z& V
1 时效工艺方案的确定 1.1 热时效工艺方案( s# P0 k5 G/ H$ i1 t. f# P3 m5 |
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% _, V9 `- J& t% P/ U+ Q
(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。- D+ l4 ~, A0 u- t4 a0 ^
2 时效结果的测定 2.1 测试设备
( f8 w5 t" R0 i4 E 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
: w2 Y3 N& _: k) @ 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9 V b: x* g9 n8 u7 d
(MPa) | 时效后 v- C5 \% y" n) T3 t
(MPa) | 消除
/ }. i( F! b. }. G(%) | 平均2 ^; U5 d5 M2 X4 b, p
(%) | | 热时效 | 3393; _0 T0 T) U/ p; n1 u
3394 | 14.8
6 L) Z& E! Y# U" ]: }13.7 | 7.0
. @* v# G9 C' I1 u, _ ]; q5.4 | 53
8 r; F9 b4 w( B" k61 | 57 | | 振动时效 | 3395
4 U1 I7 O& I+ Z& h0 r( R2 @5 [3396 | 15.7
6 ?/ t9 S: J7 ]; L1 n5 m% h! v15.4 | 8.1# m4 `4 C$ M$ }9 o4 k# b/ p
9.0 | 48
% ^+ D2 G4 W# V4 B# F42 | 45 |
注：此项测试结果是1993年4月完成的 2.3 测试结果分析' _1 e7 m! p! A" [7 j
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。
# ~$ P7 Z. i% T8 p1 | v, p1 M8 h$ ], n7 B
3 其它铸铁件应力测试结果% u' ` n- G7 y. V7 q0 \. M
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）。
1 ? J4 x: Y Z* w+ u$ ]表3 测试结果 | | 名称 | 时效前& e% }. _) A2 \/ x9 R" d
(MPa) | 时效后! m; P. ~, C! i1 s" F
(MPa) | 消除(%) | | 热时效 | 工作台
. H \0 B( p" t5 |( O并条 | 23
6 {0 T& }0 E# w10 | 7$ T' ?% y' g8 p9 }
5 | 70/ f8 a$ Y1 S- X% b7 g3 I* `
50 | | 振动时效 | 工作台# l# c9 g7 `1 m; @$ q5 |
并条 | 211 r: S" Z/ H. a2 U
13 | 8 s2 l, g% B L* Y
6 | 627 Z2 O! @9 y" Y( t& l/ U8 t
54 |
9 g7 _/ A# M: o; f/ @% g4 经济效益分析
4 p6 x5 d- M- z 通过统计，热时效与振动时效耗能、成本比较见表4所示。
' D! e+ {6 A) [2 P/ x+ z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 |
6 `( S( i/ m) I! S* e" e4 S 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。
* `- C5 }- k# A# R) a# q7 P$ L
D s* D3 P5 o6 i5 结论
( }* D$ x+ G0 j! E7 H! Q 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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[ 本帖最后由 fanuc_zgj 于 2009-6-1 09:22 编辑 ] | 
发表于 2009-6-1 09:18:14
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