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技術(shù)文章
振動時效原理
點擊次數(shù):2249 發(fā)布時間:2015-8-21
國內(nèi)外大量的應(yīng)用實例證明,振動時效對消除和均化殘余應(yīng)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(chǎn)生塑性變形,降低和均化殘余應(yīng)力并提高材料的抗變形能力,無意識導(dǎo)致零件尺寸精度穩(wěn)定的基本原因。從分析殘余應(yīng)力松弛和 零件變形中可知,殘余應(yīng)力的存在及其不穩(wěn)定性造成了應(yīng)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(yīng)力,特別是危險的峰值 應(yīng)力。振動時效同樣可以降低殘余應(yīng)力。零件在振動處理后殘余應(yīng)力通??山档?0~55﹪,同時也使峰值應(yīng)力降低,使應(yīng)力分布均勻化。
除殘余應(yīng)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(yīng)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(jié)果可知, 振動時效件的抗變形能力不僅高于未經(jīng)時效的零件,也高于經(jīng)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(yīng)力。*,工程上采用的材料都不是理想的彈性體,其內(nèi)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(yīng)力集中。當(dāng)受 到振動時,施加于零件上的交變應(yīng)力與零件中的殘余應(yīng)力疊加。當(dāng)應(yīng)力疊加的結(jié)果達到一定的數(shù)值時,在應(yīng)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(yīng)力峰值,并強化了金屬機體。而后,振動又在一些應(yīng)力集中較嚴重的部位上產(chǎn)生同樣作用,直至振動附加應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加 的代數(shù)和不能引起任何部位的塑性性別為止,此時,振動便不再產(chǎn)生消除和均化殘余應(yīng)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(xué)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(yīng)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(fù)平衡的束縛力),則微觀區(qū)域必然會產(chǎn)生塑性變形,使產(chǎn)生殘余應(yīng)力的歪曲晶格得以慢慢地回復(fù)平衡狀態(tài),使應(yīng)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(yīng)力的目的。對于殘余應(yīng)力集中的地方,殘余應(yīng)力值較大,其微觀組織本身所具有的回復(fù)平衡狀態(tài)的勢能值也較大,所 以,此處的殘余應(yīng)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(yīng)力,就能消除包括垂直主動應(yīng)力方向上的所有殘余應(yīng)力等。
從宏觀角度分析,振動時效使零件產(chǎn)生塑性變形,降低和均化殘余應(yīng)力并提高材料的抗變形能力,無意識導(dǎo)致零件尺寸精度穩(wěn)定的基本原因。從分析殘余應(yīng)力松弛和 零件變形中可知,殘余應(yīng)力的存在及其不穩(wěn)定性造成了應(yīng)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(yīng)力,特別是危險的峰值 應(yīng)力。振動時效同樣可以降低殘余應(yīng)力。零件在振動處理后殘余應(yīng)力通??山档?0~55﹪,同時也使峰值應(yīng)力降低,使應(yīng)力分布均勻化。
除殘余應(yīng)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(yīng)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(jié)果可知, 振動時效件的抗變形能力不僅高于未經(jīng)時效的零件,也高于經(jīng)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(yīng)力。*,工程上采用的材料都不是理想的彈性體,其內(nèi)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(yīng)力集中。當(dāng)受 到振動時,施加于零件上的交變應(yīng)力與零件中的殘余應(yīng)力疊加。當(dāng)應(yīng)力疊加的結(jié)果達到一定的數(shù)值時,在應(yīng)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(yīng)力峰值,并強化了金屬機體。而后,振動又在一些應(yīng)力集中較嚴重的部位上產(chǎn)生同樣作用,直至振動附加應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加 的代數(shù)和不能引起任何部位的塑性性別為止,此時,振動便不再產(chǎn)生消除和均化殘余應(yīng)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(xué)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(yīng)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(fù)平衡的束縛力),則微觀區(qū)域必然會產(chǎn)生塑性變形,使產(chǎn)生殘余應(yīng)力的歪曲晶格得以慢慢地回復(fù)平衡狀態(tài),使應(yīng)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(yīng)力的目的。對于殘余應(yīng)力集中的地方,殘余應(yīng)力值較大,其微觀組織本身所具有的回復(fù)平衡狀態(tài)的勢能值也較大,所 以,此處的殘余應(yīng)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(yīng)力,就能消除包括垂直主動應(yīng)力方向上的所有殘余應(yīng)力等。