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振动时效的机理


振动时效的机理

振动时效对稳定零件的尺寸,精度保持性提高其抗变形能力有着良好的作用。

振动时效是“锤击松驰法”(敲击时效)的发展,可用木锤、铜锤等敲构件的合适部位可激起构件谐振,如用拾振器、测振仪和光线示波器,可记录下构件做自由衰减振动的振形。敲击后的最初振幅大,在构件内引起的“振动力”也大,这一振动力多次反复作用,当它与残余应力迭加时,在应力集中处超过材料的屈服极限引起局部塑性变形,松弛了应力使应务峰值降低。

锤击松弛法是敲击后的“大振幅”对时效起作用。于是人们得到启迪,为什么不能用一激振力,激起构件的响应,并在较大振幅下持续振动一定时间,使工件内的“大振动力”与残余应力迭加,在应力集中处引起塑性变形而松驰应力呢,在此思想下产生了振动时效技术。

振动时效国外称之为VSR技术。它是在激振器的周期性外力(激振力)的作用下,使构件谐振进而松驰残余应力,提高构件的松弛刚度,使其尺寸稳定的方法。

振动时效是热时效的发展可在很大范围内(如大中小件)代替热时效,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——动应力。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。铸铁中更是存在着大量形状各异的切割金属基体的石墨,无论是钢、铸铁或其它金属,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,当叠加的结果达到一定数值后,在应力集中最严重的部件就会超过材料的屈服极限而发生塑性变形,这塑性变形降低了该处残余应力的峰值,并强化了金属基体,而后,振动又在其它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。随着塑性变形程度的增加,晶体对滑移的阻力越来越困难,以致金属的屈服强度不断提高,抗微小变形能力不断提高,则构件不易变形达到了稳定尺寸之目的。

总的说来由于交变应力—动应力σd的反复作用,使工件内产生如下变化。

1、在高应力区,σd+σr≥σs(σr表示残余应力)产生塑性变形,松弛应力,降低了残余应力。

2、在较低应力区,由σd反复作用,能量不断累集,使σd+σr≥σ-1(σ-1为构件的弯曲疲劳强度),也会产生塑性变形,松驰了应力,残余应力降低了。

3、在低应力区,σd+σr-1但σd+σr≥στ(στ是工件内易动位错滑移的邻界值,如钢στ=40Mpa),也能使工件内的易动位错滑移,产生塑性变形,松弛应力,残余应力降低了。

4、大部分低应力区σd+σr≥στ的,位错在晶界等障碍处受阻,σd反复作用,产生应力集中,应力集中的尖端,σN=Nστ,当Nστ>σ-1时也产生塑性变形,松弛了应力,残余应力降低了。1234的共同作用使振动时效的残余应力降低率可与现行的热时效应力降低率相比。

5、大部位错被阻在晶界等障碍处,位错被钉札住了,它不易运动,增大了阻力。这样反复作用,使工件得到了锻炼,变形提前发生了,工件在服役中,受的应力小于锻炼的应力,就不变形,尺寸稳定了。

综上所述,振动时效的确可降低残余应力,一般讲残余应力降低率可与现行热时效降低率相比(3050%),经过振动时效的锻炼,工件抗变形能力提高了,尺寸稳定性也提高了。