振動時效工藝

為什么要去應力

構件經(jīng)過焊接、鑄造、橋梁、輪船、汽車、鋼結構、鍛造、機械加工等工藝過程，在其內部產(chǎn)生了殘余應力，它極大地影響了構件的尺寸穩(wěn)定性、剛度、強度、疲勞壽命和機械加工性能，甚至會導致裂紋和應力腐蝕。去應力就是降低殘余應力，使構件尺寸的精度穩(wěn)定。

去應力的方式有哪些

目前時效的方法主要有三種，自然時效、熱時效、振動時效。

自然時效是最古老的方法，它是把構件置于室外，讓其經(jīng)過氣候、溫度的反復變化，在反復溫度應力作用下，使殘余應力松弛、尺寸精度獲得穩(wěn)定。一般認為，經(jīng)過一年自然時效的工件，殘余應力僅下降2～10％，但是卻較大地提高了工件的松弛剛度，因而工件的尺寸穩(wěn)定性很好。但因其時間太長，一般不在實際生產(chǎn)中采用。

熱時效是傳統(tǒng)的時效方法，它是利用熱處理當中的退火技術，通常是將工件加熱到500～650℃進行較長時間的保溫后再緩慢冷卻至室溫。在熱的作用下通過原子擴散及塑性變形使內應力消除。從理論上講采用熱時效時，只要退火溫度和時間適宜，應力可以全消除。但在實際生產(chǎn)中通常認為最好可以消除殘余應力的70～80％，與此同時它能造成工件材料表面氧化、硬度及機械性能下降等缺陷。因此，人們一直在研究更好的方法來消除殘余應力。

振動時效是在上個世紀初期產(chǎn)生并發(fā)展起來的消除應力新方法。即工件在激振器所施加的周期性外力作用下產(chǎn)生共振，松弛殘余應力，獲得尺寸精度穩(wěn)定性。也就是在機械的作用下，使構件產(chǎn)生局部的塑性變形，從而使殘余應力得到釋放，以達到降低和調整殘余應力的目的。但機械作用使應力消除的程度是有限的，不可能全消除。因此振動時效往往是把應力降低（主要是降低殘余應力峰值）和重新分布作為主要目的。

振動消除應力是對構件施加一交變應力，如果交變應力幅與構件上某些點所存在的殘余應力之和達到材料的屈服極限處，這些點將產(chǎn)生塑性變形。如果這種循環(huán)應力使某些點產(chǎn)生晶格滑移，盡管宏觀上沒有達到屈服極限，也同樣會產(chǎn)生微觀的塑性變形，況且這些塑性變形往往是首先發(fā)生在殘余應力最大點上，因此使這些點受約束的變形得以釋放從而降低了殘余應力。這就是用振動時效可以消除殘余應力的機理。

振動時效的優(yōu)勢

振動時效之所以能夠部分地取代熱時效，在實際當中被廣泛應用，是與該項技術具有的一些明顯的*特征分不開的。

1、投資少適用性強。與傳統(tǒng)的熱時效相比它無需龐大的時效爐，現(xiàn)代工業(yè)中的大型鑄件與焊接件越來越多也越來越大，如采用熱時效消除應力則需建造大型時效爐，不僅造價昂貴、利用率低，而且爐內溫度很難均勻，消除應力效果差。采用振動時效可以避免這些問題。因此，目前對長達幾米至幾十米的橋梁、船舶、化工器械的大型焊接件和重達幾噸至幾十噸的超重型鑄件，較多地采用了振動時效。

2、生產(chǎn)周期短效率高。熱時效往往需要經(jīng)過數(shù)十小時的周期方能完成，而振動時效一般只需數(shù)十分鐘即可完成。而且，振動時效不受場地影響可減少工件在時效前后的往返運輸。如將振動設備安置在機械加工生產(chǎn)線上，不僅使生產(chǎn)安排更加緊湊而且可以消除加工過程中產(chǎn)生的應力。

3、使用方便。振動時效設備體積小、重量輕，便于攜帶，我國目前生產(chǎn)的激振器可振動處理500噸以下的工件，但振動裝置本身僅重幾十公斤。正是由于振動處理不受場地影響，振動裝置又可攜至現(xiàn)場，所以這種工藝與熱時效相比，使用簡便，適應性較強，可安排在任何工序之間也可多次進行。

4、節(jié)約能源，降低成本，無廢渣、廢氣及輻射等污染。在工件的共振頻率下進行時效處理，耗能極小。實踐證明，功率為0.25至1馬力的機械式激振器可振動150噸以下的工件。其能源消耗僅為熱時效的3～5％，成本僅為熱時效的8～10％。加之熱時效時均需要以煤、油等做為燃料不可必免地要排出大量的廢渣、廢氣等不能夠滿足越來越高的環(huán)保要求。故振動時效已逐漸成為去應力的優(yōu)選。

5、機械性能顯著提高。經(jīng)過振動時效處理的工件其殘余應力可以被消除20～80％左右，高拉應力區(qū)消除的比低應力區(qū)大。可提高使用強度和疲勞壽命，而且從根本上防止了金屬在熱時效過程中產(chǎn)生的翹曲變形、氧化、脫碳及硬度降低等缺陷。還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。

實踐證明，振動時效適用于碳素結構鋼、低合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、有色金屬（銅、鋁、鋅及其合金）等材質的鑄件、鍛件、焊接件及機加工件的應力消除。

現(xiàn)在的振動工藝裝備如圖所示：它是將一個具有偏心重塊的電機系統(tǒng)(激振器)用卡具安放在工件上并將工件用膠墊等彈性物體支承，如圖所示。通過主機控起動電機并調節(jié)其轉速，使工件處于共振狀態(tài)。一般工件經(jīng)15-30分鐘的振動處理即可達到調整殘余應力的目的。