振动时效机理研究及其工艺参数选择
超声振动时效的机理及实验研究
２ ０ １ ５年 ３月
ＤＯ Ｉ ： １ ０ ． １ ３ ７ ３ ３ ０ ｄ ｅ ａ ｍ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ２ ０ ９ ５ － ５ ５ ５ ３ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ２ ． ０ １ ６
超声振 动 时效 的机 理及 实验研 究 木
王 壬 炎 ． 王 时 英
（ 太原理工大学机械工程学院 ， 太原市 ， ０ ３ ０ ０ ２ ４ ）
摘 要 ：随 着 小 型 精 密 零 件 的 广 泛应 用 ，消 除 小 型 零 件 的 残 余 应 力 成 为 一 个 重 要 研 究 课 题 。 本 文 提 出 了 采 用 超 声 振 动 对 小 型 零 件 时 效
处 理 。讨 论 了 超 声 振 动 时 效 技 术 消 除 残 余 应 力 的 机 理 。 提 出在 时 效 过 程 中 激 振 应 力 与 工 件 残 余 应 力 之 和 大 于 材 料 疲 劳 极 限 时 ， 即 可 对 残 余 应 力 有 消 除 作 用 。 建 立 了 圆 截 面 杆 件 的 残 余 应 力 计 算 模 型 。试 验 研 究 了激 振 应 力 和 激 振 时 间对 消 除 构 件 残 余 应 力 效 果 的 影 响 。结 果 表 明 ，最 佳 激 振 时 间 为 １ ０ ｍｉ ｎ ～１ ５ ｍｉ ｎ ，工 件 内 残 余 应 力 消 除 率 随 着 振 幅 的 增 大 而 增 加 。
残余 应力 很 大程 度上 是 因为位 错 引起 的 晶格 畸变 的存 在 消 除残余 应 力 的本质 是 给金属 晶粒 以足够 的
能量 。使 其迅 速 回到 平衡 位置 ．从 而减 少 位错 和 晶格
畸 变 。当金 属 晶体 中存在 位错 时 ．则 晶体 中滑 移 面 的
势 能 曲线 会 发生 变化 ．使 位错 中心 附近 的势 能 曲线 压 低 问，从而 位错 运动 变得 更容 易 。正 是 由于位 错 的易 动性 ，使 得 晶体 的塑 性 变形所 需 的 临界切 应力 会低 于
jbt 5926-1991 振动时效工艺参数选择及技术要求.doc
jbt 5926-1991 振动时效工艺参数选择及技术要求JB/T5926-91振动时效工艺参数选择及技术要求1991-11-30公布1992-07-01实施1主题内容与适用范围本标准规定了振动时效工艺参数旳选择及技术要求和振动时效效果评定方法.本标准适用于材质为碳素结构钢,低合金钢,不锈钢,铸铁,有色金属(铜,铝,锌其合金)等铸件,锻件,焊接件旳振动时效处理.2术语2.1扫频曲线---将激振器旳频率缓慢地由小调大旳过程称扫频.随着频率旳变化,工件振动响应发生变化.反映振动响应与频率之间关系旳曲线,称扫频曲线,如A---f称振幅频率曲线；a-f称加速度频率曲线.注：A表示振幅,a表示加速度,f表示频率.2.2激振点---振动时效时,激振器在工件上旳夹持点称激振点.3工艺参数选择及技术要求3.1首先应分析推断出工件在激振频率范围内旳振型.3.2振动时效装置(以下简称装置)旳选择.3.2.1装置旳激振频率应大于工件旳最低固有频率.3.2.2装置旳最大激振频率小于工作旳最低固有频率时,应采取倍频(或称分频)降频等措施.3.2.3装置旳激振力应能使工件内产生旳最大动应力为工作应力旳1/3~2/3.3.2.4装置应具备自动扫频,自动记录扫频曲线,指示振动加速度值和电机电流值旳功能.稳速精度应达到+lr/min.3.3支撑工件,装卡激振器和拾振器3.3.1为了使工作处于自由状态,应采纳三点或四点弹性旳支撑工件,支撑位置应在主振频率旳节线处或附近.为使工件成为两端简支或悬臂,那么应采纳刚性装夹.3.3.2激振器应刚性地固定在工件旳刚度较弱或振幅较大处,但不准固定在工件旳强度和刚度专门低旳如大旳薄板平面等部位,固定处应平坦.3.3.3悬臂装夹旳工件,一般应掉头进行第二次振动时效处理.特大工件,在其振动响应薄弱旳部位应进行补振.3.3.4拾振器应固装在远离激振器同时振幅较大处.3.4工件旳试振3.4.1不同意试振旳工件存在缩孔,夹渣,裂纹,虚焊等严峻缺陷.3.4.2选择激振器偏心档位,应满足使工件产生较大振幅和装置只是载旳要求,必要时先用手动旋钮查找合适旳偏心档位.3.4.3第一次扫频,记录工件旳振幅频率(A-f)曲线,测出各阶共振频率值,节线位置,波峰位置.3.4.4必要时通过调整支撑点,激振点和拾振点旳位置来激起较多旳振型.3.4.5测定1-3个共振峰大旳频率在共振时旳动应力峰值旳大小.3.4.6选择动应力大,频率低在共振频率作为主振频率.3.4.7按主振型对支撑,拾振位置进行最后调整.注：主振频率旳振型称为主振型.3.5工件旳主振3.5.1在亚共振区内选择主振峰峰值旳1/3-2/3所对应旳频率主振工件.3.5.2主振时装置旳偏心档位应使工件旳动应力峰值达到工作应力旳1/3-2/3,并使装置旳输出功率不超过额定功率旳80%.3.5.3进行振前扫频,记录振前旳振幅时刻(A-f)曲线.3.5.4主振工件,记录振幅频率(A-t)曲线.3.5.5起振后振幅时刻(A-t)曲线上旳振幅上升,然后变平或上升后下降然后再变平,从变平开始稳定3-5犿犻狀为振动截止时刻,一般累计振动时刻不超过40犿犻狀.3.5.6进行振后扫频,记录振幅频率(A-f)曲线.3.5.7批量生产旳工件可不作振前,振后扫频.3.5.8有些工件可作多点激振处理,有些工件可用附振频率作多频共振辅助处理.是否调整支撑点,拾振点位置视工件而定.注：主振频率以外旳各共振频率称为附振频率.3.5.9工件存在如夹渣,缩孔,裂纹,虚焊等缺陷,在振动时效中这类缺陷专门快以裂纹扩展旳形式出现时,应立即中断时效处理.工件排除缺陷后,同意重新进行振动时效.3.6振动时效工艺卡和操作记录卡3.6.1批量生产旳工件进行振动时效处理时,必须制订“振动时效工艺卡”,操作者必须严格执行并填写“振动时效操作记录卡”在工件上作已振标记.3.6.2“振动时效工艺卡”应按3.1-3.5条旳要求,试验三件以上,找出规律后制订.3.6.3“振动时效工艺卡”和“振动时效操作记录卡”旳内容和格式分别参照附录犅和附录犆.3.7铸件振动时效时,应使动应力方向尽量与易变形方向一致.3.8制订焊接件振动时效工艺时,应明确工件上承受力旳要紧焊缝和联系焊缝.振动处理中,其振动方向应使工件承受力旳要紧焊缝处旳动应力最大或较大.4振动时效工艺效果评定方法4.1参数曲线观测法4.1.1振动处理过程中从振幅时刻(A-f)曲线和振前,振后振幅频率(A-f)曲线旳变化来监测.4.1.2出现以下情况之一时,即可判定为达到振动时效工艺效果.a振幅时刻(A-t)曲线上升后变平.b振幅时刻(A-t)曲线上升后下降然后变平.c振幅频率(A-f)曲线振后旳比振前旳峰值升高.d振幅频率(A-f)曲线振后旳比振前旳峰值点左移.e振幅频率(A-f)曲线振后旳比振前旳带宽变窄.4.1.3振动处理过程中,假如不出现4.1.2条中所列旳任一情况时,应重新调整振动参数,按上述规定旳条款再进行时效处理后,重新检验.4.1.4制订有“振动时效工艺卡”旳批量生产旳工件,在振动时效时,推举用4.1.2条旳a,b款中只要出现一种情况,便可判定为达到振动时效工艺效果旳方法来检验,并不再作下述检验.4.2残余应力检测法4.2.1推举使用盲孔法,也可使且X射线衍射法.4.2.1.1被振工作振前,振后旳残余应力测定点数均应大于5个点.4.2.1.2用振前,振后旳应力平均值(应力水平)来计算应力消除率,焊件应大于30%,铸锻件应大于20%.4.2.13用振前,振后旳最大应力与最小应力之差值来衡量均化程度,振后旳计算值应小于振前旳计算值.4.3精度稳定性检测法4.3.1以要求精度稳定性为主旳工件,振后应进行精度稳定性检验.a精加工后检验.b长期放置定期检验静尺寸稳定性,在放置15d时第一次检验,以后每隔30d检验一次,总旳静置时刻半年以上.c在动载荷后检验.应依照具体情况选用上述条款.4.3.2各种检验结果均应达到设计要求.附录A振动时效工艺中动应力选择与振动时效对工件疲劳寿命阻碍分析(补充件)1振动时效工艺中动应力旳选择与分析动应力是振动时效工艺旳一项最要紧参数.实验证明：在一定范围内动应力越大,被处理工件上产生旳应变释放量也越大,消除应力旳效果也越好,动应力过大将有可能造成工件旳损伤或降低疲劳寿命.因此在本标准中以工作应力来确定动应力.即：σ动＝(1/3~2/3)σ工作在设计时,工作应力(σ工作)是差不多确定旳,或和应变测试技术获得,在那个地点应以在工作状态下工件上最大应力点旳应力作为工作应力.当我们按上述方法来确定动应力(σ动)时,就能够保证被振工作既能消除应力又不遭到损坏.由于工件结构比较复杂旳结构,在不同受力状态下各点旳动应力不同,因此在实际操作时,应选择结构危险点(应力集中点),做动应力监测,以保证动应力量值旳可靠.2振动时效对工件疲劳寿命阻碍旳分析振动时效其工作状态是对工件施加周期性旳作用力,这如同疲劳荷载一样,依照线性累积损伤理论,必定对工件造成一定旳疲劳损伤.但另一方面,由于低应力振动处理后残余应力得到下降,又必定提高工件旳疲劳寿命.我国振动时效工作者,通过大量旳试验给出了振动时效对工件疲劳寿命旳关系曲线(如图A1所示).图中：N-σ为寿命-应力坐标；N-σ动为寿命-动应力坐标；σ工作为实际工作中工件中最大应力；η工作为在工作应力作用下旳疲劳寿命.从图中可见,当动应力σ动小于A点时,振动时效能够提高疲劳寿命；当动应力σ动大于A点时,振动时效将降低疲劳寿命；当采纳工作荷载处理时,振动时效降低疲劳寿命旳数值(B点)就等于振动时效处理时旳循环数.因此,本标准中选动应力为工作应力旳1/3-2/3是可不能对焊接件造成任何疲劳损伤旳,相反还能够提高工件旳疲劳寿命.。
振动时效原理 振动时效特点 振动时效工艺技术
振动时效原理振动时效特点振动时效工艺技术振动时效技术是对工件施加变化的循环载荷来消除和减少内部残余应力。
该技术具有耗能少、效果显著、无污染、处理快速等优点，广泛应用于消除焊接件、重型工件的残余应力。
振动时效原理 振动时效是用激振设备在构件残余应力集中处施加等幅交变循环激振力，构件在共振状态下获得较大的激振动应力，在某个方向上的合应力超过材料的屈服极限，该处会产生屈服变形，引起残余应力松弛并释放出来，使残余应力均匀分布。
这种方法不仅能有效地降低峰值残余应力，而且能使整体残余应力值下降。
下图为金属材料受等幅交变应变εB-εC作用时的应力应变曲线，图中OA为弹性载荷段，构件的初始残余应力为σA，ACB是第一次发生屈服变形后的应力应变曲线。
构件内的总应力超过屈服点而发生变形，在C处残余应力沿弹性卸载荷线CB'下降，经过D点后曲线偏离CB'至B点，完成一次交变应变循环。
经过多次交变循环后，曲线循环稳定为C'E'B”EC'，此时残余应力由σA减小至σE，残余应力减小至稳定的过程就是振动时效宏观机理的直观表示。
要消除或减小工件中的残余应力，必须满足以下条件： (1)构件内部残余应力与激振器施加的激振动应力叠加后的总应力应超过材料屈服极限。
即σ残+σ动σs，其中：σ残为构件内部残余应力，σ动为激振动应力，σs为材料的屈服极限。
(2)随着振动时效时间的增长，构件内部的残余应力会由于发生塑性屈服而下降。
当残余应力降低到与振动应力叠加后等于新的屈服极限时，构件内的将达到平衡，使构件尺寸稳定性得到提高。
振动时效中两个主要参数的选择
振动时效中两个主要参数的选择
刘瑞合;林玉荣
【期刊名称】《机械制造》
【年(卷),期】1993(031)010
【摘要】以振动时效代替热时效具有投资少、生产周期短、节约能源和尺寸较稳定等优点。
其效果的优劣，在支撑方法确定了以后，主要由选择动应力和振动时间这两个参数决定。
以Ｘ６３２５工作台为例；论述了这两个参数的选择，并用动静法近似地计算了动应力之值。
【总页数】3页(P4-6)
【作者】刘瑞合;林玉荣
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TG156.92
【相关文献】
1.对振动时效三个主要参数的探讨 [J], 高葛;张锁怀
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5.剃齿刀主要参数对剃齿的影响及设计中的主要参数选择 [J], 卢新民;彭娟媚;文贵华;
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振动时效工艺参数及设定
振动时效工艺参数及设定振动时效工艺内容和工艺参数制定原则及常用的几种振型振动时效工艺内容1，频率2，振动强度（激振力）3，处理时间4，支撑点、激振点、拾振点选择振动时效工艺参数选择原则及方法公式：δ动＋δ残≥δS公式中：δ动－施加于工件的动应力δ残－工件自身存在的残余应力δS－材料的屈服极限1、频率的选择原则及方法激振频率的选择要与降低噪声相结合，尽量减少噪声对环境的污染。
残余应力集中度高，应选择大动应力，低频率振动处理。
解决弯曲变形后被校直校平的工件，必须进行多阶弯曲振动，以使应力均匀地得到释放此时选择高频率。
选择方法：根据GB/T25712-2010的机械行业标准3。
5。
1款在亚共振区内选择共振峰，峰值的1/3-2/3的对应的频率为主振频率。
激振频率的选择应注意的几点问题：工件的固有频率随构件尺寸，重量加大而降低，随材料的结构刚性加大而升高。
构件的固有频率与形状、结构有关。
构件的内部阻尼系数很小，没有明显的弹性阶段，共振带很窄，所以频率变化在±0.1HZ 振幅就会有很大的变化，所以铸造件的振动时效固有参数制定要精确。
当频率升高，电流也随之升高，可能会产生强迫振动。
强迫振动对振动时效设备和被处理的工件都有害。
由于强迫振动并非共振条件下的振动因而起不到消除或均化残余应力的作用，应尽量避免2、激振力的选择激振力是激振设备产生的周期性外力，在垂直方向对工件的作用力。
激振力选择标准（1）&动＝（1/3—2/3）&工作。
按TB/T5926—91标准第3.52款，主振时装置的偏心档位应是工件的动应力峰值达到工作应力1/3—2/3，并使装置的输出功率不超过额定功率的80% 。
因为只有在工作应力的1/3—2/3处工件才不会受到损伤，同时也能提高疲劳寿命。
若&动=&工作构件不但受到损伤，而且疲劳寿命下降。
（2）动应力是使构件残余应力消除的必要条件。
在亚共振频率下，振动具有放大动应力的作用，达到加速残余应力消除的目的，为了在时效中，对构件不造成损伤，根据经验动应力可适当控制在：铸铁件±25--±40N/m㎡铸铁淬火导轨件±15N/m㎡铸刚件±35--±50N/ m㎡焊接件±50--±80N/ m㎡也可根据动态电阻应变仪测定，用公式计算。
振动时效.doc
1. 振动时效工艺简介振动时效（英文为Vibratory Stress Relief缩写为VSR）又称振动消除应力，主要是通过控制激振器的转速和偏心，使工件发生共振，让工件需时效的部位产生一定幅度，一定周期的交变运动并吸收能量，使工件内部发生微观粘弹塑性力学变化，从而降低工件的局部峰值应力和均化工件的残余应力场，（尤其是表面的集中应力区域），最终防止工件的变形与开裂，保证以后的尺寸稳定精度，它最后通过比较时效前后及过程中工件的有效固有频率及其加速度等参数的变化来间接，定性的判断时效效果。
振动时效适用于碳素结构钢、低合金钢、不锈钢、铸铁、有色金属（铜、铝、锌及其合金）等材质的铸件、煅件、焊接件及其机加工件.振动时效比热时效节能95％，处理时间只需几十分钟，不占场地，便携，工件不需运输可就地处理，可插在精加工前任何工序之间多次处理，应力均化效果好，尺寸稳定性好，工件表面无氧化，几十米长，数百吨重，上千条焊缝的工件都可适用。
构件经过焊接，铸造，锻造，机械加工等工艺过程，其内部产生了残余应力，它极大地影响了构件的尺寸稳定性，刚度，强度，疲劳寿命和机械加工性能，甚至会导致裂纹和应力腐蚀。
时效是降低残余应力，使构件尺寸精度稳定的方法。
时效的方法主要有三种：自然时效，热时效和振动时效。
自然时效是最古老的方法，它是把构件置于室外，让其经过气候，温度的反复变化，在反复的温度应力作用下，使残余应力松弛，尺寸精度获得稳定。
一般认为，经过一年自然时效的工件，残余应力下降2-10﹪，但是却极大地提高了工件的松弛刚度，因而工件的尺寸稳定性很好，但因自然时效时间太长，现在很少采用。
热时效是传统的时效方法它是把工件加热到高温，保温后控制降温。
通常认为可以消除残余应力70-80％，实际生产中，热时效可消除残余应力20-60％。
振动时效是介于自然时效和热时效两者之间的方法，可消除残余应力20-50％，它和自然时效一样，能提高工件的松弛刚度，而热时效却使工件的松弛刚度下降，因而振动时效工件的尺寸稳定性可以与热时效相比拟。
浅谈焊接结构件振动时效处理应用研究
浅谈焊接结构件振动时效处理应用研究作者：刘振来源：《装饰装修天地》2018年第21期摘要：振动时效技术的应用已经很多年了，但至今，真正能用于指导生产的理论基础尚无定论，虽然振动时效没有科学的理论支持，但实际应用是不可置否的。
大量的实践证明，振动时效是非常实用的一项技术，国内外已有诸多文章及一些技术资料已证明了这一结论，其应用效果也是一致被公认的。
然而由于种种误区，科学研究的成果远远落后于实际应用，但我们相信，随着科学的发展，一定会给予振动时效一个科学答案的。
由于这项技术所独具的工艺特点，还有许多人对它的工作原理处于模糊状态，进而对这项技术的应用前景持怀疑态度。
为了振动时效的推广，下面针对振动时效的工作原理、技术应用问题及技术发展前景做一探讨。
关键词：焊接；震动；实效处理1 引言随着科学技术的发展，在机械加工制造业中，焊接结构件的应用越来越广泛.焊接结构件焊后消除应力的方法，越来越多地用振动时效取代热处理。
实践证明，采用振动时效方法消除焊接应力，既保证了产品质量，又提高了生产效率，而且还节约了大量能源，从而降低了制造成本。
但对于超高强度钢的焊接结构件，特别是马氏体组织的焊接件的振动时效，一直被认为是禁区.针对这种现状，本文详尽叙述了振动时效应用原理及我厂超高强度钢的焊接结构件振动时效处理的应用情况，结果证实，其应用效果可靠，可行。
2 应用中的问题振动时效技术发展的初期，由于其技术应用不成熟，振动时效设备不够完善，给应用振动时效技术带来诸多的困难。
首先在各单位应用时，相关部门需得到振动时效后的检测数据，这主要是对振动时效这门技术还不了解。
其实振动时效的目的并不是想要消除多少应力，主要原理是使工件的内应力平衡，使工件内部应力水平处于一个稳定的状态。
简单地说，就是说使工件或部件内部的最高应力值降低，工件内部的最低应力值提升。
在使用过程中，如果振动时效前测出残余应力最高值时，经过振动时效后发现，最高残余应力值降低了，这是人们普遍可以接受的。
(整理)JBT10375-2002焊接构件振动时效工艺参数选择及技术要求
钛及钛合金熔化焊焊接构件的振动时效处理。
2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
jb/t5925.2 机械式振动时效装置技术条件3 术语、符号3.1 激振点exciting point 振动时效时给构件的施力点称为激振点。
3.2 支撑点support point 为了对构件进行振动时效而选择的支撑构件的位置。
3.3 动应力dynamic stress 激振力引起构件谐振响应时，在其内部产生的应力称为动应力。
矢量，符号为σd(幅值)，单位为(mpa)。
3.4 共振resonance 当激振力提供的周期性激振力的频率与系统固有频率接近或相等时，构件的振幅急剧增大的现象为共振。
3.5 振型vibration mode 共振时，构件表面上所有质点振动的包络线（面），即为振型，包括弯曲、扭转、扭曲、钟振型和鼓振型。
3.6 节点（节线）node, node line 振动时效时，构件振幅最小处称为节点（节线）。
3.7 主振频率principal vibration frequency 在激振装置的频率范围内，引起构件谐振响应的频率中，频率低、位移幅大的频率称为主振频率。
3.8 附振频率additional vibration frequency 除主振频率以外的其他频率。
3.9 扫频frequency sweep 固定偏心，将激振力的频率由小调大的过程，称为扫频。
3.10 扫频曲线the curve 随着频率的变化，构件振动响应发生变化，反映振动响应与频率之间的关系曲线称为扫频曲线。
如a—f称为振幅—频率曲线，a—f称为加速度—频率曲线；而振动时效装置绘制的是加速度—转速（a—n）曲线。
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中，要求外加应力和残余应力的叠加要超过材料 的 起的。也可 以认为 ， 残余应力以一种畸变能的形式存
屈 服极 限 ［ ４ 】 ， 即
ｄ＋ Ｏ＂ ｒ＞ Ｏ＇ ｓ
在于晶体 中。位错在 晶体 中之所 以不能均匀分布 ， 除 了位错塞积之外 ， 另一个重要原因就是位错 的钉扎 ， 位错线的两端被钉扎而不能 自由移动。在外加振 动
Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎｏ ． ２， ２ ０ １ ４
振动 时效机理研 究及 其工艺参数选择
关六 三 ’ 。 程 卫 ｚ
（ １ ． 黄河水利职业职业技术学院， 河南 开封 ４ ７ ５ ０ ０ ４ ； ２ ． 广西大学 ， 广西 南宁 ５ ３ ０ ０ ０ ４ ）
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — １ ２ — ０ ３ 作者简 介： 关六 三（ １ ９ ６ ３ 一） ， 男， 河南人 ， 副教授 ， 研究 方 向： 计算机 应用及 机械制 造 ； 程 卫（ １ ９ ８ ６ 一） ， 男， 浙江 人 ， 研 究生 ， 研究 方向 ： 机械设计 。
２ ０
布 和 峰值 过 高 造成 工 件 抗 变形 能 力下 降 、疲 劳极 限 部 晶格 畸变 的一种 体现 形 式 。
降低 、 以及抗拉性能下降等 。 为了消除残余应力， 传统
工件 中的残余应力不是恒值 ，它们可 以随时间
工艺 中通 常采用热 时效 的方法来加以解决 ，但这种 及 因各种外界作用而变化 。 残余应力的消除或调整 ， 方法的缺点也非常显著 。近年来 ， 在日 益完善 的振动 有靠热作用的方法也有靠机械作用的方法 。热方 法 理论和测试技术的影 响下 ，振动时效正逐步代替热 即普通所说的退火 。机械方法是靠施加静应力或动 时效成为消除残余应力使用最 多的一种方法 。振动 应力 ， 使残余应力减小或再分布。当施加的外力和残 时效作为一种 比较新颖的时效工艺， 其优点是非常明 余应力 叠加超过材 料 的弹性极 限并引起 塑性变 形
１ 残余应力 的特 征及 消除方法
振动时效 的基本原理是对工件施加激振力 ， 使 其在共振频率下振动 ，激振力在工件 内产生 的动应 力与残余应力叠加 ，使材料达到微小塑形屈服从而
残余应力按力场作用的范围可分为三类Ⅲ 。 第一 使残余应力释放或者均化。从宏观方面看， 振动时效 类 是宏 观 内应 力 ，这 类 应力 是 由物体 内不均 匀 的力 消除残余应力要考虑交变应力作用下残余应力的稳 场， 温度场或材料场引起 的。第二类是微观 内应力 ， 定性。在交变应力作用下 ， 材料 内若发生塑性变形残 这类应力是在晶粒尺寸范围内平衡的应力 。第 三类 余应力就会松弛。此 时残余应力是作为平均应力 而 是超微 观内应力 ，这类应力是在单位 晶胞范围内平 起作用的。图 １ 为Ｌ ｕ ｂ ａ ｎ 、 Ｆ ｅ ｌ ｇ ｅ ｒ 对存在残余应力时 ，
显的， 但 至 今 没 有 能大 范 围推广 ， 主要 原 因是 振 动 时
时， 就可以使残余应力降低。
效机理 的几种解释还 没有得到一致 的认可 。因此对 振 动 时 效 技术 的机理 和效 果 检测 方 法做 进 一 步 深 入 ２ 振 动 时效 机 理 研究 是 十分 有必 要 的 。
衡的应力。不论是 由何种因素造成的残余应力 ， 他们 材料在交变应力作用下应力与应变 曲线关 系实验结 具有如下共 同特征 ， 即残余应力之 和为零 ， 物体 内有 论【 ３ ］ 。由图我们可以看到残余应力的变化过程。材料 压应力 区就必然存在拉应力区 ，拉应力之和与压应 受到最大应变为 Ｅ Ｃ ， 最小应变为 ｓ 的交变应力作用 。 力之和相等 ，但最大拉应力与最大压应力不一定相 设施加交变应力前 的残余应力为 Ａ，回线 Ａ Ｃ Ｄ Ｂ是
等。 从能量的角度来看 ， 金属受到外力做功发生塑性 第一次应力交变时的应力和应变 。当应力 比Ａ点稍 变形 ， 大部分转化成为热能 ， 但有小部分以畸变能的 高时 ，曲线将偏离弹性直线而进入塑形变形直到 Ｃ ， 形式存在回 ， 残余应力就是点阵畸变能的一种表现。 从 Ｃ Ｄ平行 于弹性线 ， Ｄ Ｂ的偏离是 由于包 申格效应造
《 装备制造技术） ） ２ ０ １ ４ 年第 ２ 期
成 。随后 ， 应 力 充分 反复 并 控制 在宏 观疲 劳 裂 纹不 能 应力是众多因素导致的晶格畸变 的结果。而晶界 、 亚
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在材料扩展的限度 内，最终应力和应变将处 于稳定
晶界本质上也是 由大量的位错堆积而成 ，所 以残余
的回线上线。 残余应力就 由Ａ下 降到 Ｅ 。 在上述过程 应 力 的本 质 是 晶格 的畸 变 ，而 晶格 畸 变是 由位 错 引
中图分类号 ： Ｔ Ｇ１ ５ ６ ． ９ ２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ （ ２ ０ １ ４） ０ ２ — ０ ０ ２ ０ — ０ ３
金属工件在经过淬火、 铸造 、 机加工等处理过程 微观 的角度来看 ，残余应力是 已发生塑性变形 部分 之后会产生大量的残余应力 。残余应力 的不均匀分 与未 发 生 塑性 变 形 部分 的相互 牵 制 ，是 应 力 工件 内
摘 要： 从宏观 和微观 两个角度 分析振 动过程 中残余 应力的变化， 阐述 了振动 消除残余应 力的机理。从宏观上讲 ， 当残余 应 力与外加动应力 叠加 大于材料屈服极 限时发 生塑Ｉ ｝ 生变形 ， 残余应力会得到释放 ； 从微 观上讲 ， 在 外力作 用下位错 塞积
开通的运动可 以降低 、 均化残余应力峰 值。 同时 ， 提 出了检测残余应 力和振 动参数 选择 的方法。 关键词 ： 振 动时效 ； 残余应 力； 位错； 振动 时效参数