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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 G1 [" W& a4 p) i& i" F
* b0 ]: p; G$ e. X& o0 A) Z
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。
2 ^( N% I+ j8 Q# W 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。; K! n7 A6 ^- @
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%。2 d6 H: k \( C; @, E
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。
h! h: i8 x) C, R, I2 V( H8 ~
) U$ E8 T" P3 i C+ v/ A/ m& }1 时效工艺方案的确定 1.1 热时效工艺方案
* j0 B6 f9 [: V( T- M g: C 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
0 y. n) {2 a6 j4 @0 g0 X6 n (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。1 k- L$ M0 f+ s( k+ w0 _
2 时效结果的测定 2.1 测试设备, v" |, K# P( w* k) H5 u* z
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
4 j9 [ E+ c% z" M& l0 s 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
8 y2 \3 W, N8 c2 `! i. Q' Z1 Z(MPa) | 时效后+ \7 ]% L8 J, K
(MPa) | 消除0 C$ Q3 V% a/ J6 O2 y
(%) | 平均
# Z: F+ Q Y- P7 `9 \1 b(%) | | 热时效 | 3393
$ U- c( x) q. N" `+ J+ F$ P3394 | 14.8
- [9 T# e2 A; L13.7 | 7.07 e7 ]: Q' Q( P4 t/ J
5.4 | 53( c; a" ?2 m% [4 P* K' c/ [* s
61 | 57 | | 振动时效 | 3395! t- L, s5 J# z ]1 p; y
3396 | 15.77 p+ j) e2 S5 T% I3 v, _: H! p
15.4 | 8.18 O D! u7 {% Z
9.0 | 48
4 w" J4 J0 D) I% h/ A42 | 45 |
注：此项测试结果是1993年4月完成的 2.3 测试结果分析5 e7 L! Z7 n+ g7 m7 a l/ e
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。
: U( D4 \ p3 b$ h: n; |. b7 F, t) \- ?9 ]
3 其它铸铁件应力测试结果. _" z9 k1 d* P3 F* z
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）。" r* D+ |, j p; c* p
表3 测试结果 | | 名称 | 时效前( v' W; h9 B6 a( A' ^
(MPa) | 时效后
$ y5 z5 y5 S; M(MPa) | 消除(%) | | 热时效 | 工作台
' I" R9 i/ U, Z) J j5 M7 U并条 | 233 K( i- V! b$ a4 \/ N
10 | 7( k d/ @$ { Y- S
5 | 70
! x" u& p) V, _$ r+ {50 | | 振动时效 | 工作台' E2 I: b; x. M7 e$ t; G! b4 }
并条 | 212 G) d; o0 ^% m2 ?' Z# S
13 | 8. h2 g: ~5 E8 U- y E
6 | 621 @" N4 I4 v, c; l' W( u7 j
54 |
4 经济效益分析; Y0 ]" x* { }/ S9 i0 A
通过统计，热时效与振动时效耗能、成本比较见表4所示。
$ R1 c% v8 ?0 B$ X N/ p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 |
3 @9 w- l( b) g5 g O3 J 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。
# X* u: A% ]; ^# C& R0 ?
' t. C% `& m2 A; G5 结论
. N9 x1 z6 e% z! k: e2 Q3 [8 \; ?) u6 S 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 X8 U) I( o9 Q! t/ A
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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
发表于 2010-5-15 09:34:08
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