金属工件在铸造、锻造、焊接和加工及使用过程中,由于热冷却、机械变形效应,工件内部产生残余应力,使工件不稳定,降低了工件的尺寸稳定性和机械物理性能。这将导致作业执行过程中的应力变形和失败,并且无法尺寸精度。 振动时效的焊接技术应用于各行各业的表达,振动时效设备技术的不断扩展,经济效益越来越,使用范围不断扩大。如果能充分适应现代工业社会的动力和环境保护要求,就会有更广阔的发展空间。
在金属物理学中,振动时效过程本质上是金属材料内部晶体电位运动、增殖、栓塞识别、纠缠的过程。金属材料发生错误,零部件内部产生的交叉动态应力与内部残余应力重叠,应力高的区域出现错误的滑动,从而导致微小的塑性变形。错误的滑动在一个方向上累积成直线。微应变累积识别宏观量后,金属组织内残余应力较大处的电位堵塞交替开通,局部释放较大的残余应力,相应地元件宏观应力缓解,残余应力降至峰值,重新承受元件的原始应力场,终导致元件的残余应力堵塞,阻碍电位移动,随后机体加强,提高了元件的变形性,零件的尺寸精度稳定。
从宏观角度来看,振动时效使零件塑性变形,减少和平均残余应力,提高材料的变形耐受性,无疑是零件尺寸精度稳定的基本原因。分析了残余应力松弛和零件变形,发现残余应力的存在和不稳定性导致应力松弛和再分配,使零件发生塑性变形。因此,为了消除和减少残余应力,特别是危险的大应力,通常好在热时效法。振动时效也能降低残余应力。零件振动处理后,残余应力通常可以降低到20-30%,有时可以降低到50-60%,还可以降低峰值应力,使应力分布均匀。
从微观上分析,振动时效可以看作是以循环载荷形式施加在零件上的附加应力。 众所周知,工程中采用的材料并不是理想的弹性体,其内部存在不同类型的微观缺陷,铸铁中还存在大量切割不同形状金属机体的石墨。 因此,无论是钢、铸铁还是其他金属,其中微观缺陷附近都存在一定程度的应力集中。 受到振动时,施加在部件上的交变应力会与部件中的残馀应力重叠。 当应力叠加结果达到一定数值时,在应力集中严重的部位会超出材料的屈服极限发生塑性变形。 这种塑性变形降低了这里的残馀应力峰值,强化了金属基体。 并且,振动对残馀应力和残馀应力叠加的代数以及其他应力集中严重的部位也有同样的作用,直到不再发生任何部位的塑性变形。 此时,振动不再产生消除和均衡残留应力、强化金属的作用。
亚共振技术存在的问题
(1) 对支撑点、激振点、拾振点及方向有严格要求,需要不断的扫频、调整位置。所以由受过培训的人员操作设备,一般的工人即使受过培训也很难掌握这项技术;工件在单件生产时调整相当繁琐,拾振点、支撑点很难调到佳状态,一种工件就需要制订一种工艺;人为地确定需处理共振峰,这对操作者的经验要求也比较高;
(2) 因为是通过扫频的方式寻找共振峰,而电机的转速是有限的,当工件共振频率超出激振器的频率范围时,通过扫描就无法找到工件共振频率,因而无法对工件进行有效的振动处理。国家相关数据统计亚共振技术可处理的工件在机械制造业覆盖面仅为23%。
(3) 有效振型较少,振动时效的应力消除不稳定,应力的消除不能达到佳的结果;
(4) 噪声过大也是难以推广的主要原因。
随着振动时效技术在我国几十年的研究应用和发展,现已应用到工业生产的各行各业中,如航天、航空、兵器、机床、汽车、模具、风电、船舶、铸造、水泥机械、木工机械、包装机械、工程机械、冶金机械、矿山机械、煤矿机械、纺织机械、重型机械、通用机械、电子生产设备、石油化工机械等几十个行业。