咨询热线:400-066-2698

 返回首页 >  行业技术 >> 振动时效

振动时效、热时效、自然时效的全面比较

更新时间:2020/8/4  点击数:279


本文通过将热时效、自然时效和振动时效的特征全面比较,阐述了超声振动时效消除应力的意义,振动时效的优势巨大,取代热时效等将在应力消除领域成为大势所趋。

金属在加工、装配过程中, 由于构件形状、尺寸的不均匀性, 装配过程中外力的引入等, 构件中不同形状部分在热作用或外加载荷等不同作用下会发生不同的变化, 如热应力作用后, 冷却过程, 不同形状部分会表现出不同的冷却收缩现象, 这会使构件的表面以及内部产生不均勻分布的残余应力, 而残余应力的存在会给构件带来影响构件的刚度、引起构件的脆性破坏、影响构件的疲劳强度、影响构件的尺寸稳定性等, 这会使构件性能发生变化。而根据研究表明构件内存在的残余应力往往会产生不利的作用。所以,对于残余应力消除的研究一直是学者们研究的热点。


传统的消除残余应力的方法包括自然时效以及热时效两种, 两种方法均能在一定程度上消除构件残余应力, 稳定和提高构件的精度, 但这两种方法也都有自身的缺陷。

将待处理的金属构件放置在露天中或事先准备的空荡的场地中, 充分利用自然环境中的振动条件或者白天黑夜交替形成的温度差等, 经过半年到一年长时间的闲置, 使构件在发生遇冷收缩或受热膨胀等作用时, 通过长期时间的作用形成构件内部的残余应力释放的过程称为自然时效法, 自然时效法虽然能消除构件内部的残余应力, 提高材料的刚度和尺寸稳定性, 并且不需要进行复杂的操作, 成本很低等优点, 但是这种方法降低的残余应力有限, 效率低下; 处理的时间相对太长, 无法匹配产品的周期并且占用大面积的空间, 因此目前在生产实践中很少得到应用。

通过加热炉,加热棒等加热措施, 使构件在加热作用下升温到能使构件释放残余应力所需的指定稳定, 并进行相应的工艺处理, 使环境的温度维持数小时后, 然后通过工艺处理完成降温, 来实现残余应力的降低的过程称为热时效, 该方法由于其消除残余应力的效果显著, 在目前的构件、材料生产中经常被使用, 但是该方法也存在需要搭建完善的加热系统, 产木的成木较高, 且耗能巨大, 并且会对环境造成污染等劣势, 而且该方法多数运用在大结构刚体, 对于一些小型的精密零件就显得无能为力, 因此目前大有被振动时效消除残余应力的方法取代的趋势。

振动时效消除残余应力的方法灵感**早来自于通过锤击物体从而释放残余应力的生活实践, 通过用外加振动的方法施加给存在残余应力的构件一个循环载荷, 使构件在循环载荷的作用下产生塑性变形, 实现发生塑性变形的部分残余应力实现释放, 稳定构件的尺寸, 提高精度的作用。目前根据施加循环载荷的频率的不同, 将振动时效分为低频振动时效、高频振动时效和超声振动时效。

低频振动时效一般是指施加的频率为以下的时效振动, 如图所示为简化版的低频振动时效的图像, 其中为橡胶垫, 为带有残余应力的构件, 为激振器,为传感器。其中激振器由一般由电机和偏心机构构成, 用于提供振动时效所需频率的激振应力, 而传感器用于采集构件在激振器作用下整体的振幅或频率等, 对于较完善的低频振动时效设备, 还应具有反馈环节, 对采集的振幅、频率等信号进行处理, 通过分析调整激振器施加的频率以及激振力, 因为在共振条件下构件振动**剧烈, 振动效果**好,因此**理想的使用结果是使激振频率接近构件的固有频率, 从而得到**佳的激振效果。

高频振动时效一般是指机械振动频率大于的振动, 其中哈尔滨工程大学的潭定忠、张厚琛等人通过磁致伸缩换能器振子提供高频振动, 实验研究了高频振动对于消除偉接残余应力的作用浙江大学贾叔仕、王建武等人在其文献屮提到利用高频**磁致伸缩激振器提供高频振动并搭建了高频激振时效装置, 通过实验证明了高频振动在消除构件残余应力中的作用。

超声振动时效一般是指振动频率大于的超声频率, 超声振动时效也可认为是一种高频振动时效, 但更多的学者愿意将其单独归为超声范围的振动时效。它是利用超声波发生器、超声波换能器以及超声波变幅杆等设备组成的超声振动系统。其中超声波发生器将提供的交流电转换为高频的交流电信号, 这个信号必须与超声波换能器相匹配, 超声波换能器将交流电信号转换成纵向的机械振动, **后通过变幅杆的特殊设计, 起到机械振动振幅放大的作用。将此放大振幅的机械振动作为超声频率的循环载荷施加到具有残余应力的工件上, 当满足构件内部存在的残余应力和施加给构件的超声频基于超声波振动时效的细金属丝去应力成形技术研究率的激振应力之和大于构件屈服极限的条件, 使构件发生塑性变形, **终达到消除构件内部残余应力的目的。

相对于自然时效和热时效等传统的消除残余应力的方法, 振动时效具有自身不可替代的优点, 因此得到了快速的发展以及大面积的应用。由于自然时效方法基本被淘汰,我们这里主要针对热时效方法进行比较, 具体的优势如下所示:

  • 可在工序任何步骤施加
    热时效法一般均是发生在精加工之前的工序, 精加工之后便不能进行热时效的方法消除残余应力, 而振动时效却可以灵活的运用到各个步骤中。
  • 操作简便
    热时效一般需要设计与之匹配的加热设备以及保温设备, 而且这些设备一般是固定在具体位置不做移动的, 而相比较而言, 振动时效设备相对较小, 能够自由带到操作现场, 加载到构件需要的位置上。
  • 能耗低、无污染
    热时效需要为加热设备加热, 以及进行后续的保温处理, 这必然会浪费大量的能源, 并造成对环境的破坏, 而振动时效能耗相对热时效较少, 且对环境无污染。
  • 耗时少
    一般的热时效方法经过加热处理、保温处理后, 会耗时超过小时,而相对而言, 振动时效耗时一般在分钟之内, 对于目前比较热门的超声振动时效一般只需几分钟。
  • 上一篇文章:振动时效消除应力在支铰钢梁工程中的应用

  • 下一篇文章:超声振动时效消除残余应力的必要性