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实验表明,振动时效不仅消除了残余应力,而且消除了残余应力峰值,使残余应力均匀化,提高了零件的尺寸稳定性,提高了工件的材料性能和疲劳寿命。 例如,经过振动时效处理的铸件,2个月后的变形量小,尺寸稳定所需的时间短。 另外,由于振动时效具有节能、环保、等特点,与自然时效和热时效相比具有显著的优势。 运用振动时效有利于企业降低成本、提高生产效率、增强产品竞争力,同时当今资源节约型、环境友好型社会大力倡导。
目前振动时效技术已广泛应用于建筑、机械、装备制造等领域。 振动时效技术与自然时效和热时效技术相比,具有能耗低、、成本低、环境保护等优点。 随着产品制造技术的发展,对构件性能的要求越来越高,相应地新的时效技术和理论也在发展。
振动时效技术仍存在以下问题值得深入研究探索:
(1) 应力调控的微观作用机理。需要研究如何利用振动或蠕动的频率、功率和时间去打破、消弱或增强晶格间约束力的机理,以及研究高能声波在 材料内部以强烈振幅传播所造成的局部升温对材料晶体原子克服位错阻力做功的关系。终通过有效地控制晶格间的约束力和松弛状态来实现有效 调节和控制残余应力。
(2) 振动时效效果检测技术。参数曲线观测法及精度稳定性检测法均属于定性检测技术,难以获得定量数据。残余应力测量法虽然属于定量检测技术,但各种检测方法均包含一定的缺点,检测精度不高,误差较大,特别是对于低幅值的残余应力检测能力不能满足需求。
(3) 残余应力控制闭环装置的研制。 通过振动控制残余应力的同时,实时检测控制区域内的残余应力,并提供残余应力值作为反馈信号给控制系统,控制系统及时判断下一步控制指令,实现对零件局部位置的定量闭环控制。 目前国内外还没有这样的闭环装置。 该装置的开发和生产对机械制造技术方案和关键构件的安全服务有很大的影响,具有良好的应用前景。
自然时效:下降残余应力不大,但工件尺寸稳定性好,方法简单,但生产周期长,占用场地大,处理难度大,不能及时发现构件内缺陷。 热时效:①热时效工艺要求严格,要求炉内温差±25℃以下,升温速度50℃/小时,降温速度20℃/小时。 ②能耗高,生产成本高。 热时效炉内温度不均匀,无法严格控制升降温速度。 ③在同一炉内,通过热时效消除应力不均。 ④劳动强度大,污染严重,目前大部分已被振动时效取代。
投资很少。 与热时效相比,不需要的时效炉,可以节约占地面积和宝贵的设备投资。 现代工业中的大型铸件和焊接件采用热时效消除应力时,需要建立大型时效炉,不仅价格昂贵、利用率低,而且炉内温度难以均匀消除应力,采用振动时效可以防止这些问题。 因此,目前长达几米至几十米的桥梁船舶,在化学机械大型焊接件和重达几吨至几十吨的超大型铸件中多采用振动时效。
出产周期短。天然时效需经几个月的长时间放置,热时效亦需经数十小时的周期方能完结。而振荡时效一般只需振荡数十分钟即可完结,并且振荡时效不受场所限制,可减少工件在时效前后的往返运输,如将振荡设备安顿在机械加工出产线上,不只使出产安排更紧凑并且能够消除加工过程中发生的应力
使用方便。振荡设备体积小、重量轻,因此便于携带。
因为振荡处理不受场所限制,振荡设备又可携至现场,所以这种工艺与热时效相比使用简便适应性较强。