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

   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。
- h9 e7 q6 C+ V# o　　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。
# D5 u1 q! x7 g　　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%。
) @+ p8 W6 ~' U  w' W1 o) U7 C　　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。
$ ?( t1 |% P. ?  {1 x
( v' `+ `7 {6 V5 L4 R5 W1　时效工艺方案的确定

    1.1　热时效工艺方案
; @3 v! h( s3 {　　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

　　
" o( V2 V  z0 K- j2 ~. F$ ?6 [# f    (3)　特性曲线见图3所示。

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
　　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 2 g: {# k9 V4 e(MPa)	时效后 (MPa)	消除 & {9 F' Y6 H& K  m$ A(%)	平均 8 b4 M. t) Y4 d" p" m) p(%)
热时效	3393 3394	14.8 13.7	7.0 " j0 ~7 ^! E* i$ `5.4	53 61	57
振动时效	3395 8 v* q9 ?* f: [! x. W# p3396	15.7 15.4	8.1 0 d) H; f% e' [+ a9.0	48 % Y4 q1 q; s1 S# J2 b" ~9 Q42	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。

1 }3 e( r- k# C5 ~* N, Y3　其它铸铁件应力测试结果
　　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）。
9 u) y2 O& t- l$ m4 o) a0 J$ D

表3　测试结果

	名称	时效前 & D( J0 l- y7 b(MPa)	时效后 7 h3 J6 o" `* N/ C- p$ J) ^  ~: L(MPa)	消除(%)
热时效	工作台 并条	23 10	7 5	70 - |! X7 X2 A" l/ z* |* n+ x1 q1 i50
振动时效	工作台 8 K  [8 o* g! |0 k并条	21 " S+ r( ^% i* `& @13	8 ! x7 h1 M2 B( u+ w5 I6	62 9 P5 u9 w. d, _4 Z0 Z' R54

4　经济效益分析
# \: R, j( h( U　　通过统计，热时效与振动时效耗能、成本比较见表4所示。
7 |8 |: w  @8 |9 a+ `+ b

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

　　
9 C) V! S8 V) I- V    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。
* _8 s$ q4 _8 P3 J
5　结论
　　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。
) H! @0 H1 Y) n' u6 D0 r" \( ^" a
[ 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。
8 F2 C# e3 L+ A- A# c) z8 O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。
0 G, H& H& `2 y6 [; j9 oBTW：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。
9 X0 v# [1 p$ ~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。