振动时效与热时效应力测试初探

【摘 要】通过对机座及其它铸铁件进行振动时效和热时效处理，用X射线衍射法测量其时效效果，得出振动时效能消除残余应力的42%～62%，热时效能消除残余应力的50%～70%。【关键词】残余应力 振动时效 热时效铸件凝固以后在冷却过程中会产生残余应力，残余应力对铸件质量影响大，尤其在交变载荷作用下的工件，当载荷作用方向与残余应力方向一致时，内外应力总和可能超过材料的强度极限，严重时使铸件局部或整体断裂；有残余应力的铸件，经机械加工，往往会发生变形或降低零件精度。因此，消除或降低铸件内部的残余应力是十分必要的。 传统的时效方法是热时效，这种方法耗能大、成本高；环境污染严重；生产周期长、不易配炉；更重要的是炉温均匀性差，升、降温速度不易控制，易产生二次残余应力、微观裂纹，甚至造成铸件报废。 振动时效能消除铸件内部残余应力的20%～80%，热时效能消除铸件内部残余应力的50%～80%，且振动时效所消耗能源仅为热时效的5%。 为了能给企业创造更高的经济效益，本厂采用振动时效这项新技术，首先选择铸铁件Z01.1.18机座(材料HT 200，单重900kg，最大壁厚50mm，最小壁厚20mm)。对其进行振动时效和热时效处理，然后用X射线衍射法分别测量其时效结果。 1、时效工艺方案的确定 1.1、热时效工艺方案热时效是将铸件加热到塑性状态的温度范围，在此温度下保温一定的时间，使应力消除，再缓慢冷却，机座的热时效工艺如图1所示。 1.2、振动时效工艺方案 (1)支撑点的选择、激振点的确定、传感器的安放位置见图2（略）所示。 (2)工艺参数见表1所示。 表1 工艺参数档位 主振频率 激振时间 振前 振后 Vo/V Io/A Vt/V It/A 3 4820r/min 30 129 3.5 126 2.8 (3) 特性曲线见图3（略）所示。 2、时效结果的测定 2.1、测试设备测试设备为X射线应力测量仪，见图4（略）所示。 2.2、应力测试根据机座的结构，A点(见图2)残余应力较大，为易裂部位，因此，对A点振动时效前、后，热时效前、后分别进行应力测量，测试数据见表2。表2 测试数据 铸号 时效前 (MPa) 时效后 (MPa) 消除 (%) 平均 (%) 热时效 3393 3394 14.8 13.7 7.0 5.4 53 61 57 振动时效 3395 3396 15.7 15.4 8.1 9.0 48 42 45 注：此项测试结果是1993年4月完成的 2.3、测试结果分析从表2测试数据来看，热时效能消除机座A点残余应力的51%，振动时效能消除残余应力的45%，结果比较理想，也符合资料上的介绍情况。 3、其它铸铁件应力测试结果除了对机座进行应力测试外，对工作台、并条等铸件也采用同样的方法进行测试，结果也与预期的相吻合（见表3）。表3 测试结果　 名称 时效前 (MPa) 时效后 (MPa) 消除(%) 热时效 工作台并条 23 10 7 5 70 50 振动时效 工作台并条 21 13 8 6 62 54 4、经济效益分析 通过统计，热时效与振动时效耗能、成本比较见表4所示。表4 热时效、振动时效、成本比较　 耗能(元/t) 成本(元/t) 热时效 21.14 119.20 振动时效 0.76 2.00 从表4来看，振动时效比热时效节能(21.14-0.67)÷21.14×100%=96.8%，成本降低(119.20-2.00)÷119.20×100%=98%。由此看来，振动时效新技术与热时效相比经济效益十分显著。 5、结论 通过采用X射线衍射法测量铸铁件器热时效与振动时效前后的残余应力，说明热时效能消除残余应力的50%～70%，振动时效能消除残余应力的42%～62%，振动时效比热时效节能96.8%，成本降低98%。振动时效是一项可广泛应用的新技术。