1、第五章 振動(dòng)時(shí)效對(duì)金屬構(gòu)件的作用振動(dòng)時(shí)效處理的主要作用是降低和均化構(gòu)建中的殘余應(yīng)力。因此，殘余應(yīng)力對(duì)金屬構(gòu)件機(jī)械性能的影響，通過振動(dòng)時(shí)效處理后都可以得到消除或降低。這也是振動(dòng)處理技術(shù)能夠得到廣泛應(yīng)用并進(jìn)一步擴(kuò)大其適用范圍的依據(jù)。§5.1振動(dòng)時(shí)效對(duì)工件殘余應(yīng)力的影響零件內(nèi)部的殘余應(yīng)力是使其尺寸精度不穩(wěn)定的主要因素。影響尺寸穩(wěn)定性的不僅是殘余應(yīng)力數(shù)值的大小，應(yīng)力分布的均勻性也有著重大的影響。振動(dòng)時(shí)效常被認(rèn)為是消除工件殘余應(yīng)力的一種有效方法，但一系列試驗(yàn)研究證明，振動(dòng)時(shí)效對(duì)均化殘余應(yīng)力也有更明顯的作用。通過實(shí)踐和試驗(yàn)證明，振動(dòng)時(shí)效對(duì)減少和均化殘余應(yīng)力皆有著良好作用。這是由于振動(dòng)過程中，工件

2、受周期性附加動(dòng)應(yīng)力的作用，在應(yīng)力集中處首先發(fā)生局部的塑性變形，繼而又在整體上發(fā)生較大的塑性變形。峰值應(yīng)力處產(chǎn)生的塑性變形較大，而其它部位則相對(duì)較小。正是由于這種塑性變形導(dǎo)致了工件中殘余應(yīng)力的降低和均化。§5.2振動(dòng)時(shí)效對(duì)工件抗變形能力的影響零件的變形不僅取決于殘余應(yīng)力的大小和分布，還與松弛剛性和抗變形能力有關(guān)。振動(dòng)時(shí)效不僅能夠減小和均化殘余應(yīng)力，還可提高材料的抗變形能力。對(duì)振動(dòng)處理后的工件進(jìn)行加靜載和加動(dòng)載試驗(yàn)，可證實(shí)這一點(diǎn)。試驗(yàn)證明了振動(dòng)處理的鑄件比不經(jīng)時(shí)效的鑄件抗靜載能力提高30左右，抗動(dòng)載能力提高13倍，抗溫度變形能力也提高近30。與經(jīng)過熱時(shí)效的鑄件相比，振動(dòng)件的抗靜載能力提高

3、40以上，抗動(dòng)載能力提高70。工件經(jīng)振動(dòng)時(shí)效后抗變形能力的提高可用循環(huán)加載下工件材料彈性性能的提高來解釋。而振動(dòng)時(shí)效實(shí)質(zhì)上是對(duì)工件附加一種循環(huán)動(dòng)應(yīng)力。例如在5kgmm2動(dòng)應(yīng)力下的彈性模量提高10-20，而在10kgmm2時(shí)提高30-50。§5.3振動(dòng)時(shí)效對(duì)工件尺寸精度穩(wěn)定性的影響振動(dòng)時(shí)效在穩(wěn)定工件尺寸精度、提高抗靜、動(dòng)態(tài)荷載變形能力方面，均優(yōu)于熱時(shí)效。這也是機(jī)床行業(yè)大量應(yīng)用振動(dòng)時(shí)效工藝的原因之一。一、振動(dòng)時(shí)效對(duì)零件尺寸精度的影響國內(nèi)外大量試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)證明，振動(dòng)時(shí)效可使工件在長期使用中精度變化量比熱時(shí)效小，工件尺寸穩(wěn)定所需要的時(shí)間比熱時(shí)效要短。因此說振動(dòng)時(shí)效對(duì)于穩(wěn)定工件的尺寸精度

4、具有良好的作用。齊齊哈爾第一機(jī)床廠對(duì)C5116A的滑枕的尺寸穩(wěn)定性做了對(duì)比性檢測(cè)，將9件滑枕靜置在陳舊的水泥地面上，每月用合向水平儀檢測(cè)一次平直性，共觀測(cè)六個(gè)月。其中02，06，07號(hào)滑枕未作任何處理。01和03，04和05號(hào)滑枕采用串接式振動(dòng)處理。用一階固有頻率激振25分鐘后，再用二、三階共振頻率各激振25分鐘。08，09號(hào)滑枕在550熱時(shí)效并保溫6小時(shí)后，隨爐冷至200出爐。全部試樣均在22±2下分七段（每段橋距200mm），測(cè)02導(dǎo)軌的平直性，測(cè)量精度2m/m。對(duì)01，03，04和05號(hào)試樣，在振前、振后各測(cè)一次觀測(cè)其最大變形量為24m，說明振動(dòng)處理使變形量提前發(fā)生。在六個(gè)月的

5、檢測(cè)中，未時(shí)效件共測(cè)量144段，振動(dòng)處理件測(cè)量192段，熱時(shí)效件測(cè)量96段。其結(jié)果如下：月最大變形為未時(shí)效件8m，振動(dòng)時(shí)效件4.4m，熱時(shí)效件4.8m。3m以上變形段數(shù)為未時(shí)效件30個(gè)，占總測(cè)量段數(shù)的20.8%；振動(dòng)時(shí)效件20個(gè)，占總測(cè)量段數(shù)的10.4%；熱時(shí)效件有11個(gè)，占總測(cè)量段數(shù)的11.4%。600mm，重量為1.5t。用8件靜置半年，每月測(cè)其導(dǎo)軌的平直性。每件17個(gè)測(cè)量段，每段橋距為200mm。表3.5未時(shí)效件振動(dòng)時(shí)效件熱時(shí)效件最大月變形 m1488測(cè)量頻數(shù)289306204變形量6m以上頻 數(shù)3689相對(duì)頻數(shù)12.5%2.6%4.4%變形量9m以上頻 數(shù)700相對(duì)頻數(shù)2.4%00表3

6、.6未時(shí)效件振動(dòng)時(shí)效件熱時(shí)效件最大月變形27m12m14m測(cè)量頻數(shù)454530變形量6m以上頻 數(shù)3689相對(duì)頻數(shù)12.5%2.6%4.4%變形量9m以上頻 數(shù)700相對(duì)頻數(shù)2.4%00振動(dòng)時(shí)效和熱時(shí)效都起著使尺寸穩(wěn)定而提高精度保持性的作用，而振動(dòng)時(shí)效更優(yōu)于熱時(shí)效。這已為國內(nèi)外大量試驗(yàn)驗(yàn)證而被廣泛應(yīng)用。二、振動(dòng)時(shí)效提高工件抗靜、動(dòng)荷載變形能力的作用圖3.5 應(yīng)力框示意圖振動(dòng)時(shí)效使構(gòu)件的塑性變形在使用前提前發(fā)生，并降低殘余應(yīng)力。因此振后的工件其彈性性能要比未振工件強(qiáng)，其抗靜、動(dòng)荷載變形能力比熱時(shí)效工件還要好。為了測(cè)定工件抗靜、動(dòng)荷載變形能力，又做了有關(guān)的試驗(yàn)。選用如圖3.5所示的試樣六件（應(yīng)力框

7、），每兩件為一組。分別做未時(shí)效、熱時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效三種不同處理，表面加工至6，并選如圖3.5所示17處為測(cè)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)工況為抗靜載能力測(cè)試和抗動(dòng)載能力測(cè)試。1抗靜載能力試驗(yàn)沒加荷載之前先測(cè)17點(diǎn)翹曲量。然后再在材料試驗(yàn)機(jī)上平放，支距為200mm，在7點(diǎn)處加靜荷載1.4t，持續(xù)5分鐘，卸下后按同樣方法進(jìn)行變形量的測(cè)量，結(jié)果列于表3.7中。表3.7 變形量測(cè)試數(shù)據(jù)表變形量（m）變形量范 圍未時(shí)效件振動(dòng)時(shí)效件熱時(shí)效件頻數(shù)（次）相對(duì)頻數(shù)（%）頻數(shù)（次）相對(duì)頻數(shù)（%）頻數(shù)（次）相對(duì)頻數(shù)（%）0-50758.31083.3650718.3110-160541.700541.7表3.7

8、中說明，在靜荷載作用下，未時(shí)效件在100160m的大變形占總測(cè)點(diǎn)的41.7%，熱時(shí)效件也占41.7%，而振動(dòng)時(shí)效件卻為0。而小變形點(diǎn)（050m），未時(shí)效件占58.3%，熱時(shí)效件占50%，而振動(dòng)時(shí)效件占83.3%。試驗(yàn)結(jié)果說明，熱時(shí)效降低了工件抗靜載變形的能力，而振動(dòng)時(shí)效件卻提高了工件抗靜載變形能力25%以上。2抗動(dòng)載能力的試驗(yàn)同靜載試驗(yàn)一樣，在沒加載荷載之前測(cè)各點(diǎn)的翹曲量。再將應(yīng)力框以懸臂夾持，并用ZS-1000S型振動(dòng)臺(tái)以50Hz頻率、61V電壓進(jìn)行振動(dòng)處理20分鐘。取下后重新測(cè)量各點(diǎn)的變形。結(jié)果如表3.8所示。表3.8狀 態(tài)未時(shí)效件振動(dòng)時(shí)效件熱時(shí)效件變形量（m）頻數(shù)（次）相對(duì)頻數(shù)（%）頻數(shù)

9、（次）相對(duì)頻數(shù)（%）頻數(shù)（次）相對(duì)頻數(shù)（%）1030975.012100866.7406018.300216.770100216.700216.7從表3.8中可以看出振動(dòng)時(shí)效件的測(cè)點(diǎn)全落在小變形段上。大變形段上振動(dòng)時(shí)效測(cè)點(diǎn)為0，而熱時(shí)效件與未時(shí)效件相等。不難得出結(jié)論：振動(dòng)時(shí)效同樣提高了工件抗動(dòng)載變形的能力，而熱時(shí)效卻降低了工件抗動(dòng)載變形的能力。其它床身的試驗(yàn)結(jié)果也得出了相同的結(jié)論：振動(dòng)處理的鑄件比不經(jīng)時(shí)效的鑄件抗靜載能力提高30%左右，抗動(dòng)載能力提高13倍，抗溫度變形能力也提高近30%。與經(jīng)熱時(shí)效的鑄件相比，振動(dòng)處理件的抗靜載能力提高40%以上，抗動(dòng)載能力提高70%。第四節(jié) 振動(dòng)時(shí)效對(duì)金屬材料力學(xué)性能的影響 國內(nèi)外研究學(xué)者在這方面已做出了大量的試驗(yàn)，并得出了對(duì)非合金結(jié)構(gòu)鋼、碳素鋼、合金鋼、鑄鐵及有色金屬材料力學(xué)性能影響的大量數(shù)據(jù)，在這里就不再舉例一一說明。但總的試驗(yàn)結(jié)論是：1. 經(jīng)熱時(shí)效后材料的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度均下降，而振動(dòng)時(shí)效后材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度基本上