论文资料：振动处理技术的原理及应用.doc

第五章 振动时效对金属构件的作用振动时效处理的主要作用是降低和均化构建中的残余应力。因此，残余应力对金属构件机械性能的影响，通过振动时效处理后都可以得到消除或降低。这也是振动处理技术能够得到广泛应用并进一步扩大其适用范围的依据。5.1振动时效对工件残余应力的影响零件内部的残余应力是使其尺寸精度不稳定的主要因素。影响尺寸稳定性的不仅是残余应力数值的大小，应力分布的均匀性也有着重大的影响。振动时效常被认为是消除工件残余应力的一种有效方法，但一系列试验研究证明，振动时效对均化残余应力也有更明显的作用。通过实践和试验证明，振动时效对减少和均化残余应力皆有着良好作用。这是由于振动过程中，工件受周期性附加动应力的作用，在应力集中处首先发生局部的塑性变形，继而又在整体上发生较大的塑性变形。峰值应力处产生的塑性变形较大，而其它部位则相对较小。正是由于这种塑性变形导致了工件中残余应力的降低和均化。5.2振动时效对工件抗变形能力的影响零件的变形不仅取决于残余应力的大小和分布，还与松弛刚性和抗变形能力有关。振动时效不仅能够减小和均化残余应力，还可提高材料的抗变形能力。对振动处理后的工件进行加静载和加动载试验，可证实这一点。试验证明了振动处理的铸件比不经时效的铸件抗静载能力提高30左右，抗动载能力提高13倍，抗温度变形能力也提高近30。与经过热时效的铸件相比，振动件的抗静载能力提高40以上，抗动载能力提高70。工件经振动时效后抗变形能力的提高可用循环加载下工件材料弹性性能的提高来解释。而振动时效实质上是对工件附加一种循环动应力。例如在5kgmm2动应力下的弹性模量提高10-20，而在10kgmm2时提高30-50。5.3振动时效对工件尺寸精度稳定性的影响振动时效在稳定工件尺寸精度、提高抗静、动态荷载变形能力方面，均优于热时效。这也是机床行业大量应用振动时效工艺的原因之一。一、振动时效对零件尺寸精度的影响国内外大量试验和实际应用已经证明，振动时效可使工件在长期使用中精度变化量比热时效小，工件尺寸稳定所需要的时间比热时效要短。因此说振动时效对于稳定工件的尺寸精度具有良好的作用。齐齐哈尔第一机床厂对C5116A的滑枕的尺寸稳定性做了对比性检测，将9件滑枕静置在陈旧的水泥地面上，每月用合向水平仪检测一次平直性，共观测六个月。其中02，06，07号滑枕未作任何处理。01和03，04和05号滑枕采用串接式振动处理。用一阶固有频率激振25分钟后，再用二、三阶共振频率各激振25分钟。08，09号滑枕在550热时效并保温6小时后，随炉冷至200出炉。全部试样均在222下分七段（每段桥距200mm），测02导轨的平直性，测量精度2m/m。对01，03，04和05号试样，在振前、振后各测一次观测其最大变形量为24m，说明振动处理使变形量提前发生。在六个月的检测中，未时效件共测量144段，振动处理件测量192段，热时效件测量96段。其结果如下：月最大变形为未时效件8m，振动时效件4.4m，热时效件4.8m。3m以上变形段数为未时效件30个，占总测量段数的20.8%；振动时效件20个，占总测量段数的10.4%；热时效件有11个，占总测量段数的11.4%。表3.6和表3.7是CW6163床身尺寸稳定性检测结果。该床身为4500500600mm，重量为1.5t。用8件静置半年，每月测其导轨的平直性。每件17个测量段，每段桥距为200mm。表3.5未时效件振动时效件热时效件最大月变形 m1488测量频数289306204变形量6m以上频 数3689相对频数12.5%2.6%4.4%变形量9m以上频 数700相对频数2.4%00表3.6未时效件振动时效件热时效件最大月变形27m12m14m测量频数454530变形量6m以上频 数3689相对频数12.5%2.6%4.4%变形量9m以上频 数700相对频数2.4%00从表3.5和表3.6中可见，热时效和振动时效均可使最大变形减少一半以上，且大变形的频数显著降低。如月变形量6m以上的频数，未时效件是振动时效件的4.8倍，是热时效件的2.9倍。而累计变形就更加明显，变形11m以上的频数，未时效件是热时效件的7.2倍，是振动时效件的9.6倍。振动时效和热时效都起着使尺寸稳定而提高精度保持性的作用，而振动时效更优于热时效。这已为国内外大量试验验证而被广泛应用。二、振动时效提高工件抗静、动荷载变形能力的作用图3.5 应力框示意图振动时效使构件的塑性变形在使用前提前发生，并降低残余应力。因此振后的工件其弹性性能要比未振工件强，其抗静、动荷载变形能力比热时效工件还要好。为了测定工件抗静、动荷载变形能力，又做了有关的试验。选用如图3.5所示的试样六件（应力框），每两件为一组。分别做未时效、热时效和振动时效三种不同处理，表面加工至6，并选如图3.5所示17处为测点。实验工况为抗静载能力测试和抗动载能力测试。1抗静载能力试验没加荷载之前先测17点翘曲量。然后再在材料试验机上平放，支距为200mm，在7点处加静荷载1.4t，持续5分钟，卸下后按同样方法进行变形量的测量，结果列于表3.7中。表3.7 变形量测试数据表变形量（m）变形量范 围未时效件振动时效件热时效件频数（次）相对频数（%）频数（次）相对频数（%）频数（次）相对频数（%）0-50758.31083.3650718.3110-160541.700541.7表3.7中说明，在静荷载作用下，未时效件在100160m的大变形占总测点的41.7%，热时效件也占41.7%，而振动时效件却为0。而小变形点（050m），未时效件占58.3%，热时效件占50%，而振动时效件占83.3%。试验结果说明，热时效降低了工件抗静载变形的能力，而振动时效件却提高了工件抗静载变形能力25%以上。2抗动载能力的试验同静载试验一样，在没加载荷载之前测各点的翘曲量。再将应力框以悬臂夹持，并用ZS-1000S型振动台以50Hz频率、61V电压进行振动处理20分钟。取下后重新测量各点的变形。结果如表3.8所示。表3.8状 态未时效件振动时效件热时效件变形量（m）频数（次）相对频数（%）频数（次）相对频数（%）频数（次）相对频数（%）1030975.012100866.7406018.300216.770100216.700216.7从表3.8中可以看出振动时效件的测点全落在小变形段上。大变形段上振动时效测点为0，而热时效件与未时效件相等。不难得出结论：振动时效同样提高了工件抗动载变形的能力，而热时效却降低了工件抗动载变形的能力。其它床身的试验结果也得出了相同的结论：振动处理的铸件比不经时效的铸件抗静载能力提高30%左右，抗动载能力提高13倍，抗温度变形能力也提高近30%。与经热时效的铸件相比，振动处理件的抗静载能力提高40%以上，抗动载能力提高70%。第四节 振动时效对金属材料力学性能的影响 国内外研究学者在这方面已做出了大量的试验，并得出了对非合金结构钢、碳素钢、合金钢、铸铁及有色金属材料力学性能影响的大量数据，在这里就不再举例一一说明。但总的试验结论是：1. 经热时效后材料的屈服强度与抗拉强度均下降，而振动时效后材料的屈服强度和