振动时效与残余应力

振动时效去应力原理
振动时效去应力原理是一种常见的材料处理方法，它可以对金属
材料进行去应力处理，提高材料的强度和稳定性。

该原理基于材料的
弹性形变和塑性形变在振动作用下的不同表现，通过特定的振动参数
来实现去除材料内部的残余应力。

首先，振动时效去应力原理的机理在于材料的谐振运动。

当金属
材料处于振动状态下，随着振幅和频率的不断变化，原有的应力状态
会逐渐发生改变，最后逐渐趋于平衡。

这种过程中，材料内部的位错
结构也会发生变化，从而实现应力的去除。

其次，振动时效去应力原理的优越性在于处理效果的稳定性和可
控性。

相比传统的热处理方法，振动时效去应力可以根据不同材料和
应用需求进行调整，更加精准地控制振动参数，从而实现理想的去应
力效果。

而且振动时效去应力不会对材料本身的物理和化学性质造成
太大的影响，因而材料的强度和稳定性可以得到保持。

此外，振动时效去应力原理的适用范围也非常广泛。

它可以用于
各种金属材料的去应力处理，如钢材、合金、铜材等等。

加之其处理
时间较短，能够高效地提升材料性能，振动时效去应力已经成为了众
多行业的必备技术之一，如航空航天、汽车、造船、机器制造等行业。

综上所述，振动时效去应力原理是一种非常重要的材料处理技术，它通过振动参数的调整来实现对金属材料的去应力处理，提高了材料
的强度和稳定性。

在未来，随着科技的不断发展和实践的不断积累，相信振动时效去应力原理会为各种工业应用带来更多的惊喜。

振动时效与残余应力随着机械设备的不断发展，精度和工作效率越来越高，因此在机械运动过程中，残余应力对于机械设备的稳定性和寿命有着重要的影响。

而振动时效也成为进一步提高机械设备精度和寿命的关键点之一。

本文将探讨振动时效及其对残余应力的影响。

残余应力残余应力是指材料在加工或制造过程中受到的不可避免的应力，它存在于各种金属、合金和非金属材料中。

残余应力对工件的稳定性、疲劳寿命和结构性质有着重要的影响。

在机械加工和装配过程中，存在很多可能导致残余应力的因素，如加工切削、热处理、装配、焊接等。

这些因素会改变材料的结构和性质，进而导致残余应力的产生。

而这些残余应力，会在机械设备的使用过程中逐渐释放，进而对设备稳定性和寿命产生影响。

振动时效振动时效是利用设备在加速的过程中产生的振动作用于材料上，使其得到一定的时效作用的加工方法。

它是通过机械设备在生产和使用过程中产生的振动来改善机械设备的性能和寿命。

在振动时效工艺中，加速振动的方式有很多，如震动台、振动机、激振器等。

通过振动，可以使材料内部结构得到有序排列，进而改善材料的性能，提高材料的硬度、强度和韧性等，从而进一步提高设备的性能和使用寿命。

振动时效对残余应力的影响振动时效在改善材料性能和提高机械设备寿命的过程中，也能够降低或消除残余应力。

一般来说，振动时效对保留在材料内部的残余应力具有很好的消除作用。

在振动时效的过程中，通过振动作用迫使残余应力得到释放和消除。

因为震动可以激励材料内部的分子和晶粒发生微小协调的位移，振动的作用会迫使残余应力重新分布，使其按照自然变化规律逐渐消失，从而达到消除残余应力的目的。

振动时效精辟的消除残余应力不仅会带来机械设备性能的提高和寿命的延长，更重要的是提高机械设备的工作效率，减少机械设备经常维护的时间和成本。

在机械设备制造、使用和维护过程中，残余应力是一个不可避免的问题，它会影响机械设备的稳定性和寿命。

为了降低和消除残余应力，振动时效成为了重要的方法之一。

采用振动时效工艺预防柴油机机体变形某厂新研发了一款W型大功率电喷柴油机，在进行性能试验后，对机体尺寸精度及各项形位公差进行重新检测，发现机体变形严重。

而产生变形的原因之一就是残余应力，残余应力主要包括机体铸件残余应力和冷加工残余应力的矢量和，所以需要对柴油机机体进行消除残余应力处理。

经过多次研究讨论后，决定采用振动时效工艺消除机体残余应力，并对振动时效前后的残余应力值进行检测，定量判断振动时效效果。

柴油机机体结构柴油机机体是V型结构，油管为衬管铸造，外形尺寸为4500*1480*1390，机体材料为球墨铸铁。

W型柴油机机体是一个满足*大强度和刚度设计的整体铸造件，用来安装曲轴、凸轮轴、动力组和其他安装在柴油机上的附件，铸件还包括安装座。

内部通道有主机油道和冷却水通道。

退火并粗加工后机体残余应力测试盲孔法是常用的残余应力测试方法之一，易于现场操作，精度高。

本次采用盲孔法对退火并粗加工后机体进行残余应力测试，仪器为聚航科技生产的JHMK残余应力测试系统。

试件的选取随机取一台经过退火处理并经过粗加工的柴油机体，粗加工后机体留量2mm作为测试的试件。

测点布置在机体的侧面、顶面及断面各布置9个测点，测得的的数据见表1。

表1 w型柴油机机体应力检测残余应力数据分析由表1可知，粗加工后机体内应力水平不算太高，但是有个明显的特点，即应力分布不均匀，如垂直机体长度的方向的应力ε⊥中，第9点为-300MPa，而最小的第6点只有-119MPa。

这种不均匀分布是造成结构易变形的根源，需要粗加工后进行处理，降低均匀残余应力。

振动时效工艺根据机体长宽高比率的结构特点，分析它的共振频率较高。

根据结构动力学的原理，工作时其支撑位置应尽量选在机体共振时的节线处，以保证工件共振时不消耗能量和产生噪声。

根据国内外振动时效工艺的实践经验，当工件的长与宽之比大于3，长与厚之比大于5时，则认为工件是梁型，在机体一侧距两端各2/9处用两位支撑，机体另一侧居中处用一位支撑。

振动时效去除高温合金件内部残余应力的方法及其应用一、振动时效原理及优点振动时效的本质是利用高温合金细晶化时的微小位移效应，在受约束条件下引起晶界的剪切滑动，对高温合金件内部残余应力进行去除。

相比于传统的时效处理方法，振动时效具有以下优点：1、取样数少：振动时效需要的样品数量很少，一般1-2个即可进行。

2、时间短：传统的时效处理需要经过长时间高温处理，而振动时效只需要12~72小时的短时间处理，从而节省了大量的时间。

3、去除残余应力效果好：振动时效可以有效去除高温合金件内部的残余应力。

4、不影响材料性能：振动时效不会对高温合金件的组织结构和性能产生负面影响。

二、振动时效方法振动时效主要分为两种方法：机械振动时效和电磁振动时效。

1、机械振动时效方法机械振动时效方法通常采用压缩机或其他机械设备对高温合金件施加机械振动，在高温下进行处理。

在振动过程中，高温合金件内部的晶粒会随着振动而微小位移，从而引起晶界的剪切滑动，进而达到去除内部残余应力的目的。

2、电磁振动时效方法电磁振动时效方法采用一定的电磁场作用于高温合金件内部进行处理，从而实现去除内部残余应力。

电磁场可以产生交变的电场和磁场，使高温合金件内部的离子、分子和原子发生运动和碰撞，进而达到去除残余应力的目的。

三、应用范围振动时效可以用于高温合金件的制造和加工过程中。

在制造过程中，振动时效可以有效地去除残余应力，提高高温合金件的使用寿命。

在加工过程中，振动时效也可用于去除材料加工后的残余应力，从而提高加工精度和质量。

总之，振动时效是一种简单、快捷、高效、低成本的方法，已经在高温合金领域得到了广泛应用。

残余应力的测量方法：由于工件经过振动时效处理以后其残余应力降低，所以测定工件振动时效前后残余应力的变化量也是判断振动时效效果的方法之一。

1. 盲孔法：它的原理是在平衡状态下的原始应力场上钻孔，以去除一部分具有应力的金属，而使圆孔附近部分金属内的应力得到松弛，钻孔破坏了原来的应力平衡状态而使应力重新分布，并呈现新的应力平衡，从而使圆孔附近的金属发生位移或应变，通过高灵敏度的应变仪，测量钻孔后的应变量，就可以计算原应力场的应力值。

测量仪器；应变仪.盲孔钻. 应变花。

2.X射线法：X射线应力测定方法是利用X射线衍射测定试样中晶格应变求出工件表面应力的方法。

但是由于χ光应力测定仪的测量精度较差.比较适合用于测定具有较大残余应力的工件，如普通纲件.焊接件 .淬火件等。

З.磁性法：磁性法测量残余应力是利用铁磁材料的压磁效应即在应力作用下.铁磁材料的各方向上的导磁率发生不同的变化，从而产生磁各向异性.通过对导磁率变化的测定来确定残余应力的方法。

此法目前尚处于试验或试用阶段，我所正在进行探讨采用此方法的可能性。

有关的数据处理方法在科学试验中，有着大量的测试数据，但是有时这些数据并不能使我们一目了然，而通过对这些数据进行科学的整理和分析，就可以帮助我们总结出许多现象和问提。

目前，这一问提已经引起越来越多的科技工作者的注意和重视，我们试验中每批试件尺寸精度保持性的数据都是几百个，甚至上千多个，因此初步尝试用一些简单的数理统计方法分析.整理了大批试验数据，取得了一定的成效。

4.测量误差分析：对大量的数据运用数理统计方法进行分析 .整理时，经常要用到算术平均值（X ）及离差（s ）其表达式为：一般用表示测量值的平均水平。

用8来衡量测量值的波动情况，S越大，表名测量值的波动越大，S小，则说明测量比较集中。

在计算.分析振动时效工件导轨精度变化量时，根据测量时重复读数的偏差大小，可以算出测量的离差值S，当变形量小于S时，就应该认为没有变形或变形不显著。

振动时效介绍一、振动时效简介振动时效处理是工程材料常用的一种消除其内部残余内应力的方法，是通过振动，使工件内部残余的内应力和附加的振动应力的矢量和达到超过材料屈服强度的时候，使材料发生微量的塑性变形，从而使材料内部的内应力得以松弛和减轻。

振动时效的实质是通过振动的形式给工件施加一个动应力，当动应力与工件本身的残余应力叠加后，达到或超过材料的微观屈服极限时，工件就会发生微观或宏观的局部、整体的弹性塑性变形，同时降低并均化工件内部的残余应力，最终达到防止工件变形与开裂，稳定工件尺寸与几何精度的目的。

它是将一个具有偏心重块的电机系统（称做激振器）安放在构件上，并将构件用橡皮垫等弹性物体支承，通过控制器起动电机并调节其转速，使构件处于共振状态。

约经20~30分钟的振动处理即可达到调整残余应力的目的，一般累计振动时间不应超过40分钟。

由于部分用户对振动时效的机理不甚了解，盲目使用一些简易的（所谓“全自动振动时效”）振动时效设备对产品进行时效。

这种完全不针对工件个性、仅按照振动时效设备生产者预置的参数，对各种工件均采用一种或几种工艺参数进行时效的方法，会导致被时效工件出现下列几种情况：1、假时效：工件未发生共振或振幅很小或者虽然振幅较大，但工件整体做刚体振动或摆动，“全自动振动时效设备”也能按照预置的程序打印或输出各种时效参数、曲线，误导操作者和工艺员判断，这样工件根本没有达到时效的效果；2、误时效：工件虽然产生共振，但是发生的振型与工件所需要的振型不一致，动应力没有加到工件需去应力的部位，这样不能使工件达到预期的时效目的，影响时效的效果;3、过时效：由于不针对工件个性采用合理的时效参数，完全照盲目预置的参数，对工件进行时效，可能会因为共振过于强烈或振幅过大，导致工件内部的缺陷（裂纹、夹渣、气孔、缩松等）继续扩大、撕裂，甚至报废的严重后果。

二、几种去应力方法简单对比：1、热时效，通过加热炉进行处理，不仅消耗大量的能源、占用场地和较大的设备资金投入，而且消除残余应力的效果也因炉况的不同有很大的差异，其对残余应力的消除率一般在40～80%之间；2、振动时效虽然使用方便，但其应力消除率一般在30～50%。