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1、振动时效效果评定方法的探讨龚月霞,付建科,游敏(三峡大学机械与材料学院,湖北宜昌443002)摘要:本文结合当前振动时效技术研究的最新成果,分析了目前正在使用的和尚处于研究阶段的振动时效效果评定方法、原理和应用特点,给出了振动时效判据的几个主要发展方向。关键词:振动时效;残余应力;检测;动应力;判据中图分类号:TG407文献标识码:A文章编号:1004-7948(2004)04-0014-04振动时效(VSR)是通过对应力构件施以循环载荷,使构件内应力释放,从而使构件残余应力降低、尺寸稳定而达到时效之目的。这
2、种工艺具有耗能少、时间短、效果显著和环保性好等特点〔1〕。近年来在国内外都得到迅速发展和广泛应用,特别是在大型、超大型构件、异种金属焊件以及有抗氧化要求的构件的消应力过程中,被广泛用来代替以尺寸稳定性为目标的热时效。然而振动时效毕竟是门新技术,除理论尚不完善外,应用过程中还存在很多问题,主要问题之一就是工艺效果难以评定,严重制约了振动时效技术的应用和发展。因此,对振动时效效果评定方法进行广泛而深入的研究和探讨是非常必要的。1振动时效效果评定方法就实际应用来说,构件振动时效后的效果必须加以评定,目前使用的评定方
3、法主要有:参数曲线评定法、残余应力测量法和精度稳定性检测法〔3〕。由于这三种方法的原理不同,其评定精度、适用条件和对构件的影响都是不同的,因此,研究探讨不同的振动时效效果评定方法,了解它们的特点和适用条件,对于正确合理地评定振动时效效果是非常重要的。111参数曲线评定法参数曲线评定法是根据振动时效过程中参数(振幅、固有频率和带宽等)发生有规律的变化现象总结出来的,并经过直接评定法验证的实用的评定方法。所用的判据有三条,即:施振后扫描曲线上共振频率左移,施振后扫描曲线上共振峰值升高和施振后扫描曲线上共振区峰宽变
4、窄。国外所用的判据是稳态振动时电机电流减少。引起上述现象的原因是构件在振动过程中,振动应力与残余应力叠加,导致个别取向的位错塞积开通,位错滑移。但由于晶粒方向不一,滑移带互成角度,从而导致新的小晶粒的形成和亚晶界产生,其结果表现为晶粒细化和位错增殖。位错密度的增加必然导致位错再滑移阻力的增大,位错移动将减少,从而减小构件阻尼。由于构件阻尼系数的减小,共振频率降低,共振峰左移,且共振峰值增大,带宽减小〔4〕(如图1、图2、图3为典型的时效前后振动扫描曲线)。图1共振频率左移图2振动幅值增加图3峰值频带变窄参数曲
5、线评定法是一种直观、定性、快速的评定尼的降低而造成自身松弛刚性和抗变形能力提高的信息,而这正是残余应力测量法所不能反映的振动效果。但是,参数曲线的改变本身不能给出有关工艺效果(如残余应力的减少量)的定量描述,因此只适合作为一种辅助性评定手段,进行定性的现场初步判定。112残余应力测量法振动时效效果的主要表现之一是消除和均化材料内部的残余应力。因此,振动前后残余应力的测量被作为评定时效工艺效果的主要手段。它是通过测量振动处理前后的残余应力大小,得到残余应力下降值和残余应力的均化程度,来评价振动时效效果好坏的。这
6、种方法的关键在于残余应力的测量,目前测量残余应力的方法可分为两类,即无损伤的物理测量法和有一定损伤性的机械释放测量法。物理测量法主要有X射线衍射法和磁测法等,机械释放测量法则以盲孔法为代表。物理测量法中,X射线衍射法最为成熟,它是利用X射线穿透晶粒时产生的衍射现象,在弹性应变作用下,引起晶格间距变化,使衍射条纹产生位移,根据位移的变化即可计算出应力来。但其测深仅为微米级,易受表面加工层的影响,很难得到更有代表性的体残余应力,且受环境等条件限制,现场操作不是太方便,漫射的X射线对人体健康有一定影响,使得它在现场
7、应用受到限制。磁测法是利用铁磁材料中残余应力的存在将引起材料磁导率发生变化的效应进行的,主要是针对大型构件而研制的〔5〕。与X射线衍射法相比,测深有所增加,可达115mm左右,一定程度上可以避免材料表面层的影响。但由于磁导率物理关系复杂,因而应用中问题明显:(1)只适用于铁磁材料,无法测量不锈钢等材料的残余应力;(2)传感器的尺寸与工件结合力的大小都显著影响测量结果;(3)易受材料成分、组织结构等因素的影响,不同的材料需预先标定;(4)磁导率和残余应力关系复杂,标定困难且误差大。目前国内还只见到进行单向应力标
8、定的资料,尚无标定平面应力应变的资料报道〔2,6〕。因此,工程应用中仍以机械释放法为主,特别是盲孔法。盲孔法是工程中最通用的一种残余应力测量方法。经过大量理论研究和实践验证,对其测量原理、实际工艺因素的影响和误差来源已经形成了比较完善的理论。概括来讲,影响盲孔法测量精度的因素主要有基本力学模型、孔边塑性变形、钻削附加应变、操作工艺及设备误差等。关于这方面已经有比较完善的理论解释和相应的修正方法。但是
