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振動(dòng)時(shí)效處理和其它去應(yīng)力方法參數(shù)熱時(shí)效自然時(shí)效
國(guó)內(nèi)外大量的應(yīng)用實(shí)例證明,振動(dòng)時(shí)效對(duì)消除和均化殘余應(yīng)力,穩(wěn)定工件的尺寸精度具有良好的作用。同時(shí)對(duì)振動(dòng)時(shí)效的機(jī)理也做了大量的研究和探討。
從宏觀角度分析,振動(dòng)時(shí)效使零件產(chǎn)生塑性變形,降低和均化殘余應(yīng)力并提高材料的抗變形能力,無(wú)意識(shí)導(dǎo)致零件尺寸精度穩(wěn)定的基本原因。從分析殘余應(yīng)力松弛和 零件變形中可知,殘余應(yīng)力的存在及其不穩(wěn)定性造成了應(yīng)力松弛和再分布,使零件發(fā)生塑性變形。故通常采用熱時(shí)效方法以消除和降低殘余應(yīng)力,特別是危險(xiǎn)的峰值 應(yīng)力。振動(dòng)時(shí)效同樣可以降低殘余應(yīng)力。零件在振動(dòng)處理后殘余應(yīng)力通??山档?0~55﹪,同時(shí)也使峰值應(yīng)力降低,使應(yīng)力分布均勻化。
除殘余應(yīng)力值外,決定零件尺寸穩(wěn)定性的另一種重要因素是松弛剛性,或零件的抗變形能力。
有時(shí)雖然零件具有較大的殘余應(yīng)力,但因其抗變形能力強(qiáng),而不致造成大的變形。在這一方面,振動(dòng)時(shí)效同樣表現(xiàn)出明顯的作用。由振動(dòng)時(shí)效的加載實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知, 振動(dòng)時(shí)效件的抗變形能力不僅高于未經(jīng)時(shí)效的零件,也高于經(jīng)熱時(shí)效處理的零件。通過(guò)振動(dòng)而使材料得到強(qiáng)化,使零件的尺寸精度達(dá)到穩(wěn)定。
從微觀方面分析,振動(dòng)時(shí)效可視為一種以循環(huán)載荷的形式施加于零件上的一種附加動(dòng)應(yīng)力。*,工程上采用的材料都不是理想的彈性體,其內(nèi)部存在著不同類 型的微觀缺陷。鑄鐵中更是存在著大量形狀各異的切割金屬基體得石墨。故而無(wú)論是鋼、鑄鐵或其他金屬,其中的微觀缺陷附近都存在著不同程度的應(yīng)力集中。當(dāng)受 到振動(dòng)時(shí),施加于零件上的交變應(yīng)力與零件中的殘余應(yīng)力疊加。當(dāng)應(yīng)力疊加的結(jié)果達(dá)到一定的數(shù)值時(shí),在應(yīng)力集中zui嚴(yán)重的部位就會(huì)超過(guò)材料的屈服極限而發(fā)生塑性 變形。這種塑性變形降低了該處殘余應(yīng)力峰值,并強(qiáng)化了金屬機(jī)體。而后,振動(dòng)又在一些應(yīng)力集中較嚴(yán)重的部位上產(chǎn)生同樣作用,直至振動(dòng)附加應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加 的代數(shù)和不能引起任何部位的塑性性別為止,此時(shí),振動(dòng)便不再產(chǎn)生消除和均化殘余應(yīng)力及強(qiáng)化金屬作用。上述解釋已由大量的試驗(yàn)加以證明。
此外,我更主張從錯(cuò)位、晶格滑移等金屬學(xué)理論上去解釋振動(dòng)時(shí)效機(jī)理。其主要觀點(diǎn)是振動(dòng)時(shí)效處理過(guò)程實(shí)際上是通過(guò)在工件的共振狀態(tài)下,給工件的每一部位(從 微觀角度說(shuō)是工件里的每一個(gè)微觀晶格)施加一定的動(dòng)能量,如果施加的這個(gè)能量值與微觀組織本身原有的能量值(殘余應(yīng)力本身是一種勢(shì)能)之和,足以克服微觀 組織周圍的井勢(shì)(也可以說(shuō)是對(duì)恢復(fù)平衡的束縛力),則微觀區(qū)域必然會(huì)產(chǎn)生塑性變形,使產(chǎn)生殘余應(yīng)力的歪曲晶格得以慢慢地回復(fù)平衡狀態(tài),使應(yīng)力集中處地位錯(cuò) 得以滑移并重新釘扎,達(dá)到消除和均化殘余應(yīng)力的目的。對(duì)于殘余應(yīng)力集中的地方,殘余應(yīng)力值較大,其微觀組織本身所具有的回復(fù)平衡狀態(tài)的勢(shì)能值也較大,所 以,此處的殘余應(yīng)力在震動(dòng)處理過(guò)程中消除的就越多。只有從這一觀點(diǎn)上才能解釋通許多用*種觀點(diǎn)所解釋不通的一些現(xiàn)象,比如:在振動(dòng)處理過(guò)程中我們只需施 加一個(gè)方向的主動(dòng)應(yīng)力,就能消除包括垂直主動(dòng)應(yīng)力方向上的所有殘余應(yīng)力等。
熱處理優(yōu)缺點(diǎn):
1、耗能多,成本高
各廠現(xiàn)用的熱時(shí)效窯結(jié)構(gòu)落后,耗能高,如長(zhǎng)沙機(jī)床廠熱時(shí)效爐能耗標(biāo)準(zhǔn)為179kg/T,齊齊哈爾*機(jī)床廠的重油時(shí)效窯,實(shí)耗燃料折合標(biāo)準(zhǔn)煤71.4kg/T,熱時(shí)效每噸鑄件612元。
2、建窯占廠房面積大,費(fèi)用高
我國(guó)目前使用的熱時(shí)效由10平方米到百余平方米不等,其造價(jià)每平方米1-1.2萬(wàn)元,建一座大型時(shí)效窯需投資幾十萬(wàn)元到百余萬(wàn)元。
3、爐溫均勻性差
升降溫度更無(wú)嚴(yán)格控制。大時(shí)效爐內(nèi)的爐門處爐中部和爐后端三個(gè)區(qū)域溫度不均勻,時(shí)效效果差別很大,如齊齊哈爾*機(jī)床廠對(duì)爐內(nèi)不同區(qū)域的并條機(jī)件,熱時(shí)效消除應(yīng)力結(jié)果進(jìn)行測(cè)試結(jié)果如下
序號(hào) | 工件在爐內(nèi)的位置 | 殘余應(yīng)力大?。╧gf/mm) | 應(yīng)力消除百分比 (%)
| |||||
時(shí)效前 | 時(shí)效后 | |||||||
δ1 | δ2 | δ3 | δ4 | |||||
1 | 爐后端 | 10.4 | 7.9 | 6.6 | 6.2 | 36.7 | 21.4 | 29.1 |
2 | 爐中端 | 10.4 | 7.9 | 5.1 | 1.6 | 51.2 | 79.6 | 65.4 |
3 | 爐前端 | 10.4 | 7.9 | 9.1 | 8.1 | 12.6 | -2.4 | 5.1 |
從上表可見(jiàn):同一爐內(nèi),熱時(shí)效消除應(yīng)力是不均勻的。
振動(dòng)時(shí)效(VSR)工藝是一種可以*取代熱時(shí)效(TSR)和自然時(shí)效(NSR)的新工藝,可達(dá)到TSR工藝的同樣效果,并在許多性能指標(biāo)上超過(guò)TSR。VSR工藝耗能少(是TSR的2%左右)、設(shè)備投資少和效率高,其在節(jié)能、減少環(huán)境污染和提高產(chǎn)品性能方面有的表現(xiàn),使得這一*在各行各業(yè)中有廣泛的應(yīng)用前景。
熱時(shí)效工藝與振動(dòng)時(shí)效工藝相比,有些參數(shù)難以控制。例如有時(shí)時(shí)效窯沒(méi)有控溫裝置,或者窯內(nèi)溫度極不均勻;保溫時(shí)間不夠,出爐溫度過(guò)高,升溫或降溫速度太快,導(dǎo)致應(yīng)力非但不能消除,反而有所增加,這主要是產(chǎn)生了新的熱應(yīng)力。如果熱時(shí)效溫度過(guò)高,工件強(qiáng)度和硬度下降,在使用過(guò)程中抗靜載、動(dòng)載的能力都會(huì)受到損失。振動(dòng)時(shí)效方法與熱時(shí)效方法相比,具有1.適應(yīng)性強(qiáng);2.節(jié)省時(shí)間、能源和費(fèi)用;3.機(jī)械性能明顯提高等特點(diǎn)。
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