振動時效是一種新的消除殘余應力的工藝方法。它是基于諧波共振的原理,采用合適的激振設備剛性的固定在被振工件適當位置,通過激振力和頻率的調整,迫使工件在一定周期外力作用下與共振頻率范圍內產生振動,經過一定時間后即可達到降低和均化殘余應力及尺寸穩(wěn)定的目的。
振動時效工藝的特點:設備簡單,操作方便;無運輸費用;不受工件尺寸、重量、結構和場地的限制;可在加工過程中的任何階段處理;該工藝可處理鑄、焊、鍛、熱軋的黑色金屬也可處理有色金屬;該工藝節(jié)省能源,處理時間短。
振動時效工藝參數(shù)選擇:振動時效工藝效果的好壞,主要視其工藝參數(shù)的選擇是否合理,特別是振動頻率和動應力值對振動時效工藝具有決定性的兩個參數(shù)。但構建的重要,結構形狀不同,其工藝參數(shù)也各異;一般情況下在材料屈服極限范圍內動應力值取得越大,振動時效的效果越好。
振動時效消除殘余應力使工件獲得尺寸穩(wěn)定性的機理可以從宏觀和微觀兩方面解釋:
宏觀上,當σ動+σ殘≥σS時(σ動--激振器施加給工件的周期性動應力,σ殘--殘余應力,σS--材料屈服強度極限),工件會產生少量的塑性變形,使殘余應力峰值下降,原來不穩(wěn)定的殘余應力得到松弛和勻化。同時由于包辛格效應,經一定時間的循環(huán)后,工件材料的當量屈服強度由原來的σS上升,直到與所受的應力相等,工件內部不再產生新的塑性變形,此時塑性變形變成彈性變形,工件的彈性性能得到強化,從而使工件的幾何尺寸趨于穩(wěn)定性。
微觀上,因金屬具有將機械能轉變成熱能的性質,即使在σ動+σ殘≤σS時,也會產生微觀的塑性變形。其機理為:由振動輸入的活化能使位錯移動,在位錯塞積群的前沿引起應力集中而產生塑性變形;同時,遷移的位錯切割位錯群,以致使位錯釘孔,材料基體得到強化,使松弛剛度增大,工件獲得尺寸穩(wěn)定性。
振動時效對降低或者勻化金屬構建的殘余應力,提高抗動載變形能力,防止裂紋有非常好的效果;與熱時效相比提高了工件抗載荷變形能力,振動時效工藝的應用使工件抗靜載變形能力提高30%以上,抗動載變形能力提高1~3倍;振動時效工藝的應用還可以帶來較大的經濟效益,大量事實證明:振動時效是一種環(huán)保、節(jié)能、高效的工藝方法,隨著應力測試技術的不斷發(fā)展和工藝措施更趨科學合理,振動時效法將有更廣闊的應用前景。