应力值外,决定零件尺寸稳定性的另一重要因素是松驰刚性,或零件抗变形能力。有时虽然零件具有较大的残余应力但因其抗变形能力强,而不致造成大的变形,在这一方面,振动时效同样表现出明显的作用。由振动时效的加载试验结果可知,振动时效件的抗变形能力不仅**未经时效的零件,也**经热时效处理的零件。 通过振动而使材料得到强化,使零件的尺寸精度达到稳定。
振动时效消除应力的机理及应用
从微观方面分析,振动时效可视为一种以循环载荷的形式施加于零件上的一种附加应力。 众所周知,工程上采用的材料都不是理想的弹性体,其内部存在着不同类型的微观缺陷。铸铁中*是存在着大量形状各异的切割金属基体的石墨,故而无论是钢、铸铁或其他金属,其中的微观缺陷附近都存在着不同程度的应力集中。当受到振动时,施加于零件上的交变应力与零件中的残余应力叠加,当应力叠加的结果达到一定的数值后在应力集中较严重的部位就会*过材料的屈服**而发生塑性变形,这塑性变形降低了该处残余应力峰值 ,并强化了金属基体。而后,振动又在另一些应力集中较严重的部位上产生同样作用,直至振动附加应力与残余应力叠加的代数和不能引起任何部位的塑性变形为止。此时,振动便不再产生消除和均化残余应力及强化金属的作用。上述解释已由大量的试验加以证明。
振动时效、热时效、自然时效对比
自然时效降低了少量残余应力,却提高了构件的松弛刚度,对弹性体的尺寸稳定性较好,方法简单易行,但生产周期长,占用场地大,不易管理,不能及时发现弹性体内的缺陷,已逐渐被淘汰。
退火处理建窑占地面积大,费用高(1~1.2 万元/m2),能耗高,生产成本高。并且炉内温度不均匀,升降温速度无法严格控制,同一炉内,消除应力也不均匀。劳动强度大,污染严重。
冷处理需要建冷库,投资大,时效周期长(需要反复循环多次),成本高。
振动时效处理的弹性体其残余应力可以被消除20%~80%左右,高拉应力区消除的比例比低应力区大。因此可以提高使用强度和疲劳寿命,降低应力腐蚀。可以防止和减少由于热处理、机加工等工艺过程造成的微观裂纹的发生。可以提高弹性体抗变形的能力,稳定弹性体的精度,提高机械质量。同时,由于设备简单易于搬动,可以在任何场地上进行现场处理。它不受构件大小和材料的限制,从几十公斤到几十吨的构件都可以使用振动时效技术。在处理过程中,振动时效只需30 min即可进行下道工序。而热时效至少需要一至两天以上的时间,且需要大量的煤油、电、水等能源。因此,相对与热时效来说,振动时效可节省能源90%以上,可节省费用95%以上,特别是可以节省建造大型焖火窑的巨大投资。