作者：admin 發(fā)布時間：2020-07-01 09:02 瀏覽次數 :
熱時效
熱時效是將構件由室溫緩慢.均勻加熱至550℃左右，保溫4—8小時，再嚴格控制降溫速度至150℃以下出爐。
熱時效工藝要求是嚴格的，如要求爐內溫度差不大于±25℃，升溫速度不大于50℃/小時，降溫速度不大于20℃/小時。爐內溫度不許超過570℃，保溫時間也不易過長，如果溫度高于570℃，保溫時間過長會引起石墨化使構件強度降低。如果升溫速度過快，構件在升溫中薄壁處升溫速度比厚壁處快的多，構件各部分的溫差急劇增會造成附加溫度應力。如果附加應力與構件本身的殘余應力疊加超過強度極限，就會造成構件開裂。熱時效降溫不當，會使時效效果大為降低，甚至產生與原殘余應力相同的溫度應力（二次應力），并殘留在構件中，從而破壞了已取得的熱時效效果。
降溫速度對消除殘余應力的影響
降低溫度速度 ℃/小時 殘余應力消除的百分數（%）
130 6—27
50 40—50
30 60—85
注：爐內溫度差不大于25℃
熱時效存在的問題： 建窯占地面積大，費用高（每立方米1—1.2萬元）。 熱時效能耗高，生產成本高。 熱時效爐內溫度不均勻，升降溫速度無法嚴格控制。
熱時效工件在爐內不同位置消除應力的測試結果
序號 工件在爐內的位置 殘余應力的大?。╧gf /mm²） 殘余應力消除的百分比（%）
時效前 時效后
σ 1 σ 2 σ 1 σ 2 σ 1 σ 2 平 均
1 爐后端 10.4 7.9 6.6 6.2 36.7 21.4 29.1
2 爐中部 10.4 7.9 5.1 1.6 51.2 79.6 65.4
3 爐門處 10.4 7.9 9.1 8.1 12.6 -2.4 5.1
可見：同一爐內，熱時效消除應力不均勻。
4)熱時效勞動強度大，污染嚴重，目前大部已被振動時效代替。
殘余應力對金屬構件的影響
殘余應力的存在對金屬工件的強度疲勞壽命結構變形等方面的影響都是很大的，因此在結構設計中必須予以考慮。
§2.31殘余應力對疲勞壽命的影響
人們很早就已經知道：當受到交變應力的構件存在壓縮殘余應力時，該構件的疲勞強度會有所提高，而存在拉伸殘余應力時，從而有效地提高疲勞強度。但是很多情況下，構件表面存在著拉伸殘余應力，從而有效地提高疲勞強度。但是很多情況下，構件表面存在著拉伸殘余應力，人們首先考慮的是如何來改變這種應力分布以提高疲勞壽命，這就是調整殘余應力問題，這與考慮殘余應力對變形的影響是不相同的，后者考慮的是如何降低或消除殘余應力以保證變形的穩(wěn)定性。
實際上，殘余應力對疲勞的影響因條件和環(huán)境的不同而改變。他與殘余應力分布規(guī)律和量值、材料的彈性性能、外來作用的狀態(tài)等因素有關。當我們研究殘余應力對疲勞的影響是既要考慮宏觀殘余應力的影響，也要考慮微觀殘余應力的影響。
可以認為，宏觀殘余應力在初期暫時與作用的交變應力疊加，改變盈利水平，較大的影響著疲勞壽命。而由微觀組織不均勻性所造成的殘余應力在應力交變過程中，會使微觀區(qū)域內的塑性變形積累，使該部分產生應力集中，并使組織內發(fā)生裂紋。這些影響比起對靜強度的影響來說，在實用上將更為重要。
近十多年來，國內外使用振動處理方法消除金屬構件內的殘余應力，以代替熱時效。這種新技術在國外被稱做“Vibratory Stress Relief Method”（簡稱VSR）。由于這種方法可以降低或均化構件內的殘余應力，因此可以提高構件的使用強度，可以減少變形。
圖1.1振動處理構件設備布置圖
穩(wěn)定精度，可以防止或減少由于熱時效和焊接產生的微觀裂紋的發(fā)生。特別是在節(jié)省能源、縮短周期上具有明顯的效果，因此被許多國家大量使用。我們在該項技術的機理和應用研究上，近些年來都取得了較大的進展。
§1—1 振動時效的特點及其發(fā)展概況
一、振動時效工藝的簡單程序
振動處理技術又稱做振動消除應力，在我國又稱做振動時效。它是將一個具有偏心重塊的電機系統(tǒng)（稱做激振器）安放在構件上，并將構件用橡皮墊等彈性物體支承，如圖2.1所示。通過控制器起動電機并調節(jié)其轉速，使構件處于共振狀態(tài)。約經20~30分鐘的振動處理即可達到調整殘余應力的目的。
可見，用振動時效技術是十分簡單和可行的。
二、振動時效工藝特點
振動時效之所以能夠部分地取代熱時效，是由于該項技術具有一些明顯的特點。
1．機械性能顯著提高
經過振動處理的構件其殘余應力可以被消除30%~80%左右，高拉應力區(qū)消除的比低應力區(qū)大。因此可以提高使用強度和疲勞壽命，降低應力腐蝕。
可以防止或減少由于熱處理、焊接等工藝過程造成的微觀裂紋的發(fā)生。
可以提高構件抗變形的能力，穩(wěn)定構件的精度，提高機械質量。
2．適用性強
由于設備簡單易于搬動，因此可以在任何場地上進行現場處理。它不受構件大小和材料的限制，從幾十公斤到幾百噸的構件都可使用振動時效技術。特別是對一些大型構件無法使用熱時效處理時，振動時效就具有更加突出的優(yōu)越性。
3．節(jié)省時間、能源和費用
振動時效只需30分鐘即可進行下道工序。而熱時效至少需一至二天以上，且需大量的煤油、電等能源。因此，相對于熱時效來說，振動時效可節(jié)省能源90%以上，可節(jié)省費用90%以上，特別是可以節(jié)省建造大型燜火窯的巨大投資。
概括起來講振動時效的工藝過程分四步進行：
步：首先用彈性橡膠墊將要時效處理的工件在其節(jié)線附近支撐起來，并將激振器用弓形卡具卡緊在工件振動時的波峰處，將測試工件振動情況的傳感器用磁坐吸緊在工件上，并用電纜線將激振器、傳感器和控制器連接起來，這一步又稱為準備過程。
第二步：振動時效設備以掃描的方式自動檢測出被時效處理工件的固有共振頻率和應該給工件振動能量的大小，這一步又稱為振前掃描。
第三步：振動時效設備以第二步測得參數為依據自動確定出對工件進行振動處理的振動頻率，并對工件進行振動時效處理，在處理過程中隨時檢測振動參數和工件殘余應力的變化，而殘余應力不再消除時即適時停止處理過程，這一步又稱為振動處理過程。
第四步：振動處理完畢后，振動時效設備自動對被時效處理工件的參數進行再一次檢測，以便依據JB/T5926-91或JB/T10375-2002標準，對振動時效進行判定。這一步又稱為時效效果檢測過程或振后掃描。
振動時效工藝實際上是指對工件的幾個振動時效參數的確定，振動時效的幾個主要參數是：振動頻率、振動時間、動應力、工件的振型（用來確定工件的支撐位置，激振器和傳感器的裝夾位置），下面將對這幾個參數進行較為詳細的說明。
一、 振動頻率的確定
在共振狀態(tài)下，可用小的振動能量，使工件產生的振幅，得到的動應力和動能量，從而使工件中的殘余應力消除的更，工件獲得的尺寸穩(wěn)定性效果更好。
振動時效中的共振狀態(tài)，是在外部激振器激振力的持續(xù)作用下，零件處于“受迫振動”時的一個特殊狀態(tài)。它的條件是激振頻率接近工件的固有頻率，這時振動特性中的振幅—頻率曲線出現一個峰值，振幅的陡然增大對振動時效產生附加動應力有利。
工件在振動時效時是一個振動體，它與其支撐用的彈性橡膠墊和激振器組成為一個振動系統(tǒng)，當該系統(tǒng)進行自由振動時，根據振動學原理，它的共振頻率僅與系統(tǒng)本身的質量、剛度和阻尼有關。這個頻率是由系統(tǒng)固有性質所決定的，稱為固有頻率。
