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振動時效原理
點擊次數:2652 更新時間:2015-08-21
         國內外大量的應用實例證明,振動時效對消除和均化殘余應力,穩(wěn)定工件的尺寸精度具有良好的作用。同時對振動時效的機理也做了大量的研究和探討。
        從宏觀角度分析,振動時效使零件產生塑性變形,降低和均化殘余應力并提高材料的抗變形能力,無意識導致零件尺寸精度穩(wěn)定的基本原因。從分析殘余應力松弛和 零件變形中可知,殘余應力的存在及其不穩(wěn)定性造成了應力松弛和再分布,使零件發(fā)生塑性變形。故通常采用熱時效方法以消除和降低殘余應力,特別是危險的峰值 應力。振動時效同樣可以降低殘余應力。零件在振動處理后殘余應力通常可降低30~55﹪,同時也使峰值應力降低,使應力分布均勻化。
        除殘余應力值外,決定零件尺寸穩(wěn)定性的另一種重要因素是松弛剛性,或零件的抗變形能力。
        有時雖然零件具有較大的殘余應力,但因其抗變形能力強,而不致造成大的變形。在這一方面,振動時效同樣表現(xiàn)出明顯的作用。由振動時效的加載實驗結果可知, 振動時效件的抗變形能力不僅高于未經時效的零件,也高于經熱時效處理的零件。通過振動而使材料得到強化,使零件的尺寸精度達到穩(wěn)定。
        從微觀方面分析,振動時效可視為一種以循環(huán)載荷的形式施加于零件上的一種附加動應力。*,工程上采用的材料都不是理想的彈性體,其內部存在著不同類 型的微觀缺陷。鑄鐵中更是存在著大量形狀各異的切割金屬基體得石墨。故而無論是鋼、鑄鐵或其他金屬,其中的微觀缺陷附近都存在著不同程度的應力集中。當受 到振動時,施加于零件上的交變應力與零件中的殘余應力疊加。當應力疊加的結果達到一定的數值時,在應力集中zui嚴重的部位就會超過材料的屈服極限而發(fā)生塑性 變形。這種塑性變形降低了該處殘余應力峰值,并強化了金屬機體。而后,振動又在一些應力集中較嚴重的部位上產生同樣作用,直至振動附加應力與殘余應力疊加 的代數和不能引起任何部位的塑性性別為止,此時,振動便不再產生消除和均化殘余應力及強化金屬作用。上述解釋已由大量的試驗加以證明。
        此外,我更主張從錯位、晶格滑移等金屬學理論上去解釋振動時效機理。其主要觀點是振動時效處理過程實際上是通過在工件的共振狀態(tài)下,給工件的每一部位(從 微觀角度說是工件里的每一個微觀晶格)施加一定的動能量,如果施加的這個能量值與微觀組織本身原有的能量值(殘余應力本身是一種勢能)之和,足以克服微觀 組織周圍的井勢(也可以說是對恢復平衡的束縛力),則微觀區(qū)域必然會產生塑性變形,使產生殘余應力的歪曲晶格得以慢慢地回復平衡狀態(tài),使應力集中處地位錯 得以滑移并重新釘扎,達到消除和均化殘余應力的目的。對于殘余應力集中的地方,殘余應力值較大,其微觀組織本身所具有的回復平衡狀態(tài)的勢能值也較大,所 以,此處的殘余應力在震動處理過程中消除的就越多。只有從這一觀點上才能解釋通許多用*種觀點所解釋不通的一些現(xiàn)象,比如:在振動處理過程中我們只需施 加一個方向的主動應力,就能消除包括垂直主動應力方向上的所有殘余應力等。
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