热时效
热时效是将构件由室温缓慢.均匀加热至550℃左右,保温4—8小时,再严格控制降温速度至150℃以下出炉。
热时效工艺要求是严格的,如要求炉内温度差不大于±25℃,升温速度不大于50℃/小时,降温速度不大于20℃/小时。炉内温度不许超过570℃,保温时间也不易过长,如果温度高于570℃,保温时间过长会引起石墨化使构件强度降低。如果升温速度过快,构件在升温中薄壁处升温速度比厚壁处快的多,构件各部分的温差急剧增会造成附加温度应力。如果附加应力与构件本身的残余应力叠加超过强度极限,就会造成构件开裂。热时效降温不当,会使时效效果大为降低,甚至产生与原残余应力相同的温度应力(二次应力),并残留在构件中,从而破坏了已取得的热时效效果。
降温速度对消除残余应力的影响
降低温度速度 ℃/小时 残余应力消除的百分数(%)
130 6—27
50 40—50
30 60—85
注:炉内温度差不大于25℃
热时效存在的问题: 建窑占地面积大,费用高(每立方米1—1.2万元)。 热时效能耗高,生产成本高。 热时效炉内温度不均匀,升降温速度无法严格控制。
热时效工件在炉内不同位置消除应力的测试结果
序号 工件在炉内的位置 残余应力的大小(kgf /mm2) 残余应力消除的百分比(%)
时效前 时效后
σ 1 σ 2 σ 1 σ 2 σ 1 σ 2 平 均
1 炉后端 10.4 7.9 6.6 6.2 36.7 21.4 29.1
2 炉中部 10.4 7.9 5.1 1.6 51.2 79.6 65.4
3 炉门处 10.4 7.9 9.1 8.1 12.6 -2.4 5.1
可见:同一炉内,热时效消除应力不均匀。
4)热时效劳动强度大,污染严重,目前大部已被振动时效代替。
振动时效工艺
振动时效处理过程是将激振器刚性夹持在被处理工件的适当位置,首先根据零件大小,形状和加持情况来调节激振频率,使零件在其固有频率下进行共振,然后根据零件所需动应力或振幅的大小来调节激振力。零件的振动状态和动应力,可用测量振动和应力的仪表来检测。通常将感受元件(加速度计或速度计)接于被振物体上,振动时,感受元件把接收到得振动信号送往测试仪表,经放大电路将信号放大并指示出各种所需的参数值。振动状态的主要指示参数是振幅、频率和振型。振动状态和激振力的控制是通过控制激振器的控制装置来实现的。它能调节激振力、激振频率和振动时间。被处理零件在所需频率和振动强度下振动一段时间后,振动时效即告结束。
这个工艺过程一般为几分钟或几十分钟。
近十多年来,国内外使用振动处理方法消除金属构件内的残余应力,以代替热时效。这种新技术在国外被称做“Vibratory Stress Relief Method”(简称VSR)。由于这种方法可以降低或均化构件内的残余应力,因此可以提高构件的使用强度,可以减少变形。
图1.1振动处理构件设备布置图
稳定精度,可以防止或减少由于热时效和焊接产生的微观裂纹的发生。特别是在节省能源、缩短周期上具有明显的效果,因此被许多国家大量使用。我们在该项技术的机理和应用研究上,近些年来都取得了较大的进展。
§1—1 振动时效的特点及其发展概况
一、振动时效工艺的简单程序
振动处理技术又称做振动消除应力,在我国又称做振动时效。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,如图2.1所示。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。
可见,用振动时效技术是十分简单和可行的。
二、振动时效工艺特点
振动时效之所以能够部分地取代热时效,是由于该项技术具有一些明显的特点。
1.机械性能显着提高
经过振动处理的构件其残余应力可以被消除30%~80%左右,高拉应力区消除的比低应力区大。因此可以提高使用强度和疲劳寿命,降低应力腐蚀。
可以防止或减少由于热处理、焊接等工艺过程造成的微观裂纹的发生。
可以提高构件抗变形的能力,稳定构件的精度,提高机械质量。
2.适用性强
由于设备简单易于搬动,因此可以在任何场地上进行现场处理。它不受构件大小和材料的限制,从几十公斤到几百吨的构件都可使用振动时效技术。特别是对一些大型构件无法使用热时效处理时,振动时效就具有更加突出的优越性。
3.节省时间、能源和费用
振动时效只需30分钟即可进行下道工序。而热时效至少需一至二天以上,且需大量的煤油、电等能源。因此,相对于热时效来说,振动时效可节省能源90%以上,可节省费用90%以上,特别是可以节省建造大型焖火窑的巨大投资。
时效方法简介
构件在冷热加工过程中,必然产生残余应力,因此消除残余应力的时效工序就十分必要了,凡是能降低残余应力,使工件尺寸精度稳定的方法都叫“时效”。主要方法有热时效、自然时效、振动时效、静态过载时效、热冲击时效等。后两种方法应用少不再讲述。
§3.1自然时效
自然时效是较古老的时效方法。它是把构件露天放置于室外,经过几个月至几年的风吹.日晒.雨淋和季节温度的变化,给构件多次造成反复的温度应力。在温度应力形成的过载下促使残余应力发生松弛而使尺寸精度获得稳定。
自然时效降低的残余应力不大,但对工件尺寸稳定性很好,原因是工件经过长时间的放置石墨及其它线缺陷附近产生应力集中,发生了塑性变松弛了应力,同时也强化了这部分基体,于是该处的松弛刚度也提高了,增加了这部分材质的抗变形能力,自然时效降低了少量残余应力,却提高了构件的松弛刚度,对构件的尺寸稳定性较好,方法简单易行,但生产周期长.占用场地大,不易管理,不能及时发现构件内的缺陷,已逐渐被淘汰。
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