时效的分类以及振动时效
关于振动时效的振动力学分析探讨
关于振动时效 的振动 力学分析探 讨
杜佩 明 ，何 尚文
郑州大学力学与工程科学学院 ， 河南郑州
４ ５ ０ ０ ０ １
摘 要 工程材 料 在加 工 过程 中存 在 残余 应 力 ， 振动 时效便 是 削减 残余 应 力 的一 种 方 法 它通 过 外加 振动 使 其 与 工件 内部 残余 的内应 力 矢量和超 过材 料屈 服强 度 ， 利 用材料 发生 的微 量塑 性 变形 来减轻 材料 内部 的 内应 力。 本文从 材 料 内部 的残余应 力 出发 到外加 激振 力对 振动 时效 进行 振动 力 学的分 析和 讨论 ， 对 振动 时效 工 艺的选 择有 一 定的 参 考 价值 。 关键 词 振 动 时效 ； 振动 力 学 ； 分 量 中图 分类 号 Ｇ ３ 文 献标 识码 Ａ 文章 编号 ２ ０ ９ ５ － ６ ３ ６ ３（ ２ ０ １ ７ ）０ ６ － ０ ０ ０ ４ － ０ ２
４ 振动 时效 中的激 摄 力和激 摄 时 间
振 动 时效 中 的激 振 力 来 源 于 偏 心转 子 在 电机 中产
Ｏ
２ 图 １
所 以此 时 消 除 残 余 应 力 效 果 也 比较 好 。 但 由于 一 个 多 自 由度 系统 有 多个 固有频 率 ， 所 以使 系 统共振 时 有 多个 自 由度 可供 选择 。但 最 终 的激 振 频率 的选 择 要 以残 余应 力 的分布 状态 为依 据 ， 并要 考虑 结构 的振 型 。
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２ 振动 时效 中 的屈服极 限
时效工艺介绍
时效工艺简介一、序时效加工是机械制造业的基础工艺，最早投入实际运用的是自然时效，而后是热时效，振动时效工艺是在六十年代出现的新时效工艺技术，通过近三十年的探索和开发不断完善。
我国七十年代开始生产振动时效设备，一九八六年振动时效工艺方法通过鉴定，一九九一年发布JB-5925、JB/T5926行业标准，从九十年代初期开始生产自动化设备—TZ21系列智能型振动时效装臵，一九九七年“RSR 系列全自动振动消除应力专家系统”投放市场，逐步开发、完善了振动时效设备的产品系列，使我国的振动时效设备生产技术和振动时效工艺技术跨入世界先进行列。
二、热时效和自然时效工艺简介热时效（TSR）工艺是目前广泛采用的传统机械加工方法，其原理是用炉窑将金属结构件加热到一定温度，保温后控制降温，达到消除残余应力的目的，可以保证加工精度和防止裂纹产生。
TSR工艺广泛应用于几乎所有机械产品生产厂，在中国有几万家企业每年有数十万吨的机械金属结构件采用TSR，其所消耗的重油、电、煤气和原煤折合标准煤为140-240kg／吨左右，由此可见TSR工艺耗能已不容忽视，其对环境造成的污染之大也是有目共瞩的。
TSR工艺的基本工装低温时效炉目前造价约为人民币4000元/立方米左右，年维护费用为人民币300-400元/立方米，加上运输、其它辅助工作（如去除氧化皮等），每吨金属结构件的处理费用将高达人民币400-600元。
自然时效(NSR)是将工件长时间露天放臵（一般长达六个月至一年左右），利用环境温度的季节性变化和时间效应使残余应力释放，由于周期太长和占地面积大，仅适应长期单一品种的批量生产和效果不理想，目前应用的较少。
三、振动时效振动时效（VSR）工艺是一种可完全取代TSR和NSR的工艺，其原理是用振动消除残余应力，可达到TSR工艺的同样效果，并在许多性能指标上超过TSR。
VSR工艺耗能少（是TSR的２％左右）、设备投资少和效率高，其在节能、减少环境污染和提高产品性能方面有卓越的表现，使得这一高新技术在各行各业中有广泛的应用前景。
振动时效仪使用方法
振动时效仪使用方法2013/8/6 23:23:34标签：振动时效设备振动时效装置振动时效机振动时效仪为了运用户能更快，非常好的把握振动时效仪的运用办法、操作窍门、简略技术的施行办法及在运用过程中的注意事项，在运用手册的基础上摘抄、剪接、优化而成,本运用指南。
旨在短时刻内使操作者能疾速把握振动时效的运用办法和技术施行的根本过程。
一、振动时效仪的原理振动时效是将一个具有偏疼重块的电机体系（激振器）刚性地固定在被振构件上，对构件施加一交变的周期外力，当这一周期外力与剩余应力叠加到达或超越资料的屈从极限时，就会使构件有些发生塑性变性或晶格滑移，然后下降和均化剩余应力，到达安稳尺度不变形之意图。
二、振动时效仪的组成一套完好的振动时效仪是由主操控箱、激振器、拾振器、打印体系、弹性胶垫、隶属装卡东西及有关衔接线组成。
设备的每有些均属专用描绘特别各衔接线插头都有所区别，衔接时依照插头的指示连接通常不会插错，凡需拧紧的部位需拧紧防止振荡过程中松动，影响运用作用。
三、振动时效仪的运用及操作（一）振前预备期间操作者可依据需求振荡构件的几许形状尺度、巨细，吨位、长宽高的份额等，用专用胶垫对构件进行支撑。
激振器用专用卡具刚性的固定在恰当部位，卡具需求拧紧，防止振荡时松动，形成电机损坏。
拾振器吸在构件的振幅较大处。
激振器的档位应依据构件的振幅从小到大进行调整，偏疼的紧固螺丝用内六角扳手宁紧，防止滑当。
注：对可直接振荡的构件能够直接振荡，可依据剖析，判别的振型，在节点处放置弹性支撑。
支撑点可为二点、三点或四点。
特别构件的支撑应以平稳为准。
关于非直接振荡的构件，应采纳降频办法。
首要的降频办法包含：悬臂，串联和组合等办法。
（二）设备的操作过程振动时效仪具有手动、主动、预置等功用。
关于生疏的构件为了寻觅其固有频率和共振峰，应先用手动作业形式，以断定其根本技术参数。
如：共振峰值，激振器档位，拾振器方位等。
（1）手动作业形式及操作办法过程为：1、翻开总电源开关：此刻液晶屏显现。
振动时效——建筑机械领域的新技术
维普资讯
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第２ ８卷 第 ６期 ２００பைடு நூலகம்年 ６ 月
山 西 建 筑
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文 章 编 号 ：０ ９６２ （Ｏ ２０ ．１００ １０—８５ ２０ ）６０５ ．２
２ 以塔机 生产 为例 阐 述 振 动 时 效 在 建 筑 机 械 生产 中 的
ＱＺ２ Ｔ １０自升式塔 机 的 生产 ， 工作 量 大 部 分是 焊 接 件 的生 其 产， 而其焊接件 生产 的一 个 突出 的特 征就 是工 件 庞大 ， 缝 质量 焊
１ 当工件 内部具有拉伸残 余应 力时 ， ） 将会 降低材 料 的拉伸 屈 应 用
２残余 拉应力对工件 的疲劳破 坏起加 速 作用 ， 余压 应 力则 和 尺寸精 度要 求高 ， 换性 强 。为 了满足 工件 的上 述要 求 ， ） 残 互 在制
定 工 艺 路 线 、 制 工 艺 卡 片 和 设 计 工 装 模 具 的 过 程 中 ， 几 种 加 编 有 ３残 余应力是一个 不稳定的 应力 系统 ， ） 当工件 受到 外力 作用 工 方 案 ， 比 较 如 下 ： 现 时， 由于作用 力与残余 应 力 的相互 作用 ， 可使 某些 局 部呈 现 塑性 １对那些 尺寸 精度 要求 高 、 换性 强 的工 件 ， 通过 工 装保 ） 互 先
振 动 时 效— — 建 筑 机 械 领 域 的 新 技 术
茹 世 祥
摘 要 ： 先 简 述 了振 动 时效 发 展 过 程 和 机 理 以及 残 余 应 力 产 生 的 原 因及 对 机 械 工 件 的 影 响 ， 动 时效 在 宏 观 及 微 观 清 首 振 除 和 均 化 残余 应 力 的物 理 过 程 。 其 次 ， 以塔 机 生 产 为 例 ， 阐述 了振 动 时 效 应 用 干 生 产 的 可 行 性 ， 析 了振 动 时 效 工 艺 与 分 其 他 生 产 方 式 的成 本 差 异 ， 后 介 绍 了振 动 时 效 技 术 在 建 筑 领 域 的 应 用 实例 和 该 技 术 的 主 要 功 能特 点 。 最 关 键 词 ： 动 时 效 ， 筑机 械 ， 途 ， 术 振 建 前 技 中 图 分 类 号 ：Ｕ ０ Ｔ ６５ 振 动时效工艺 ， 国外 称 为 “ Ｓ ” 法 ， 利 用 共 振 原 理 消 除 和 ＶＲ方 是 文 献标识码 ： Ａ
振动时效工艺性验证
振动时效工艺性验证【摘要】本文简述了振动时效工艺的原理以及工艺特点，并对振动时效的应用及评定进行了详细的分析与探讨。
【关键词】振动时效；工艺；应用前言机械零件在加工过程中由于残余应力的存在，经常发生很大的变形，严重影响了机械产品的精度。
因此，在半精加工后，精加工前必须增加一道除应力工序，千方百计地消除、降低或均化金属构件的残余应力，保证精加工后精度稳定，确保装配精度的要求。
1、振动时效工艺的原理振动时效是通过改变作用于工件上激振器的转速和偏心距产生激振力，使工件发生共振，从而在工件上需要时效的部位产生一定幅度、一定频率的交变运动，使工件吸收振动的能量，在工件内部产生一定的微观粘弹塑性变形，使残余应力得到释放或重新分布。
其实质就是以振动的形式给工件施加附加应力，当附加应力与残余应力叠加后，达到或超过材料的屈服极限时，工件就会发生微观或宏观塑性变形，从而在一定程度上降低和均化工件内部的残余应力，提高工件在使用期的尺寸稳定性及疲劳寿命等性能。
2、振动时效工艺及特点为消除、降低或均化金属构件的残余应力，在生产实践中常采用的方法有三大类：（1）热时效----前期投资大，能源消耗大，时间周期长，且处理后零件氧化严重、变形量较大，精加工前不宜适用。
（2）自然时效----是以前精加工前最为广泛采用的处理方法。
虽然尺寸稳定性好，应力消除较为完全，但周期太长。
需半年以上甚至一年以上，根本不能适应现代快捷的加工要求。
（3）振动时效----工艺十分简单。
它是将一个具有偏心重块的电机系统（称作激振器）安放在待处理的构件上，并将构件用橡皮件等弹性物体支承，通过控制器启动电机并调节其转速，寻找到并精确稳定在亚共振区，使构件处于共振状态。
经过10-20分钟的处理，即可达到消除残余应力的目的。
该技术有一些明显的特点：a.被处理工件的机械性能显著提高。
可以提高构件的抗变形能力，稳定构件的精度，提高机械质量。
b.适用性强，工作方便。
超声波振动时效
超声波振动时效超声波振动是一种利用超声波在物质中传播的振动波动，具有广泛的应用领域。
超声波振动时效是指在超声波振动作用下，物质的材料性能和结构发生变化的过程。
本文将从超声波振动的原理、应用领域、影响因素以及时效机制等方面进行探讨。
一、超声波振动的原理超声波是指频率超过人耳听觉范围20kHz的声波，其振动形式是由质点的周期性振动和相邻质点之间的传导形成的。
超声波以高频高能量的方式传递，能够产生机械振动和声波热效应。
超声波振动的原理主要包括声波的传播、幅度的变化和波长的特性。
超声波在物质中传播时，会产生机械振动。
当超声波传导到物质中时，其振动会引起物质分子、原子和离子的位移和相互作用，从而改变物质的性能和结构。
二、超声波振动的应用领域超声波振动具有广泛的应用领域，主要包括材料加工、化学合成、生物医学、环境保护等方面。
在材料加工方面，超声波振动可用于金属焊接、塑料焊接、热处理、表面改性等工艺过程。
超声波振动能够提高材料的加工效率和质量，减少能耗和环境污染。
在化学合成方面，超声波振动可用于溶液混合、催化反应、晶体生长等过程。
超声波振动能够促进化学反应的进行，提高反应速率和产率。
在生物医学方面，超声波振动可用于医学成像、治疗和药物传递等领域。
超声波振动可以对人体组织进行非侵入性检测和治疗，具有安全、无创和高效的特点。
在环境保护方面，超声波振动可用于水处理、废气处理、固体废弃物处理等过程。
超声波振动能够去除水中的污染物、分解有机物和净化空气等，具有环保和节能的优势。
三、超声波振动的影响因素超声波振动的效果受到多种因素的影响，包括频率、振幅、能量密度、介质性质等。
频率是指超声波振动的周期性，不同频率的超声波对物质的作用效果不同。
通常情况下，高频率的超声波具有更强的能量和更小的波长，对物质的影响更明显。
振幅是指超声波振动的幅度大小，振幅越大，超声波的能量越强，对物质的作用效果越显著。
能量密度是指单位体积内超声波所携带的能量，能量密度越高，超声波对物质的作用效果越明显。
振动时效设备的原理是怎样的
振动时效设备的原理是怎样的振动时效设备是一种将金属制品在振动条件下进行时效处理的设备。
振动时效是一种新型的金属材料时效热处理方法，它能够缩短时效时间，提高时效效果，同时能够降低能源消耗和生产成本，具有重要的经济意义和现实价值。
那么，振动时效设备的原理是怎样的？本文将从振动原理、时效原理和设备结构等方面进行介绍。
振动原理振动时效设备利用振动的作用，将金属材料在相应的温度下进行时效处理。
振动的作用主要是从加速材料的析出过程中的扩散过程，使得在晶界堆积的原子、非金属原子等起到更好的扩散作用，从而降低扩散过程的能量，并提高材料的硬度和强度。
时效原理振动时效热处理方法主要是在一定的温度下，通过调控振动的条件，使得材料中的固溶体原子逐渐沉淀出来，并从晶界和位错锁定点等地方，析出一些相对便于析出的硬度和强度。
其步骤包括：溶解、固溶体原子的沉淀、相变、位错移动和纠缠，分散。
设备结构振动时效设备主要包括三个部分，分别是：振动传感器、振幅控制器和加热装置。
其中振动传感器主要是为了控制振动的频率和振幅，振幅控制器是负责控制振幅的大小，而加热装置则是为了将金属材料升温到时效处理需要的温度。
振动时效设备主要采用的是电磁振动的原理。
通过电磁感应的作用，将磁场发生变化，从而在振动传感器中产生电流，通过电流的作用，使得振动传感器可以产生相应的振动。
同时，振幅控制器可以控制振动幅度的大小和频率等参数，从而实现对振动的调控。
总的来说，振动时效设备建立在振动和材料热处理的基础上，通过振动加速材料中的沉淀过程，提高材料的硬度和强度，缩短热处理时间，降低生产成本，具有重要的经济意义和现实价值。
振动时效原理及应用
材质 ZG25II
重量 （kg）
300 430 82
公称尺寸 （mm）
2310×605×425 2380×416×355 885×353×414 956×286×200
残余 应力 消除率 （%）
76.5 68 73.5 76.5
尺寸 稳定性
满足精 度要求
备注
热时效应力消除率： 75.5
8
中科院新松机器 人
多样
达到设 起重机最大起重能力 计要求 1200吨
5 哈尔滨东安动力 汽车模具
1000 以下
多样
提高了生产效率降低
53
好 了能耗且模具寿命有
所延长
6 航空沈阳606所 飞机发动机
58
好
-2-
上海乐展电器有限公司
振动时效技术及应用
序
单位
号
名称
7
铁道部四方车辆 研究所
零件 名称
侧架 摇枕 车钩 钩尾框
振动时效在西方发达国家，由于基础工业比较成熟，运用比较成熟。国内是 近二十年由于电机技术和控制技术的发展，振动时效设备才能够满足机械构件消 除应力要求，但由于振动时效涉及材料力学、振动学、金属物理学等多学科，相 对而言工艺上比热时效复杂的多，而国内专业的参考书较少，应广大从事时效技 术工作人员的要求，编者结合国内外焊接、铸造、锻造、机械加工领域里专家学 者的核心理论，注重于通俗易懂，简单实用原则，编写了本书，该书适用于从事 残余应力消除工作的工程技术人员，对振动时效技术的了解和运用。也可作为大 专院校相关专业的师生的教学参考教材。
14—1 东风4D型柴油机机体粗加工后的振动时效处理
14—2 振动时效技术在108吨矿用重型汽车车架上的应用
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时效的分类，振动的时效以及原理 时效的定义：指金属或合金工件经固溶处理，从高温淬火或经过一定程度的冷加工变形后，在较高的温度放置或室温保持其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。
一般地讲，经过时效，硬度和强度有所增加，塑性韧性和内应力则有所降低。
含碳较高的钢，淬火后立即获得很高的硬度，但其塑性变得很低。
而铝合金淬火后，强度或硬度并不立即达到峰值，其塑性非但未下降，反而有所上升。
经相当长时间（例如4~6昼夜）的室温放置后，这种淬火合金的强度与硬度显著提高，而塑性则有所下降。
这种淬火合金的强度和硬度随时间而发生显著变化的现象，叫做时效。
时效的分类：时效分为人工时效和自然时效和振动时效三种，室温下进行的时效叫自然时效，在一定温度下进行的时效叫人工时效。
时效处理是把材料有意识地在室温或较高温度存放较长时间，使之产生时效作用的工艺。
第三种方式是振动时效，从80年代初起逐步进入使用阶段，振动时效处理在不加热也不像自然时效那样费时的情况下，给工件施加一定频率的振动使其内应力得以释放，从而达到时效的目的。
时效处理的目的，消除工件的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等。
振动时效的原理：
宏观机理：从宏观上分析，振动时效时所加激振力相当于给工件施以交变应力，交变应力-应变特性曲线如下图所示。
在周期性振动外载作用下，构建上所产生成都交变动力与内部某些点的残余应力相互叠加，达到或超过材料的屈服极限，即S δδδ≥+残动时，这些点处将会发生微小的塑性变形，改变了构建原有的内应力场，最终使构件的残余应力降低并得到调整。
经过一段时间循环后，工件材料的当量屈服强度上升，直到与所受到的应力相等，工件内部不再产生新的塑性变形，工件的弹性性能得到强化，从而使工件的几何尺寸趋于稳定。
微观机理：从微观上分析，振动时效就是给金属构建提供机械能，因金属具有将机械能转变成热能的性质，即使在S δδδ≤+残动时，也会产生微观的塑性变形。
其机理为：由振动输入的活化能使位错移动，在位错塞积群的前沿引起应力集中而产生塑性变形；同时，迁移的
位错切割位错群，以致位错相互钉扎，材料基体得到强化，使松弛刚度增加，工件获得尺寸稳定性。
综上：振动时效就是改变物质的微观形变，而宏观应变不发生改变，就可以降低或调整残余应力。
参考：刘赫，唐兄彬《振动时效在消除铸铝合金框架变形中的应用》。