超聲振動時效消除殘余應力機理分析與試驗研究.pdf

1、經(jīng)過壓力加工或熱加工的構(gòu)件內(nèi)都會存在一定的殘余應力，殘余應力的存在很容易使構(gòu)件產(chǎn)生裂紋，變形或翹曲等，同時構(gòu)件的強度和疲勞極限也大大降低。所以構(gòu)件中殘余應力的消除就成了工業(yè)制造技術中的一項重大問題。通常消除殘余應力的方法有自然時效、熱時效及振動時效。自然時效由于時效周期長及消除應力效果不明顯等問題;熱時效消耗能源較多且存在污染，對構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性影響較大。所以振動時效就展現(xiàn)出了良好的應用前景。
　　傳統(tǒng)的低頻振動時效設備在市場上和

2、工廠中已經(jīng)大量出現(xiàn)和應用，并取得了良好的效果。但其有一定的應用局限性，例如不能滿足對一階固有頻率都很高的微小型構(gòu)件的應力消除。超聲振動時效屬于低振幅高頻率的振動時效，單位時間的輸入能量較大，消除殘余應力時間短，對構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性影響也小。目前對超聲振動時效研究還較少，在其機理研究、設備研制以及推廣應用方面上還需深入研究。
　　本文針對上述問題，主要研究了以下幾個方面的問題:
　　(1)比較振動時效消除殘余應力的微觀機理，通過

3、屈服強度的易變性、位錯的易動性及高周疲勞強度理論對超聲振動時效的機理從微觀上做了解釋，首次提出了在超聲振動時效中，當滿足構(gòu)件內(nèi)殘余應力σ殘與動應力σ動疊加之和大于材料的疲勞強度極限σ-1時，即可對工件內(nèi)殘余應力有一定的消除作用，并通過試驗進行了驗證。
　　(2)本課題探索了超聲振動時效消除殘余應力效果的評定方法，分別用殘余曲率計算法和切縫法測量時效前后的殘余應力情況，并對比這兩種測量方式測量出的結(jié)果。
　　(3)根據(jù)實際要求

4、和各種產(chǎn)品的特點選取超聲波發(fā)生器和換能器等設備并搭建了超聲振動裝置。同時根據(jù)試驗需要還搭建了壓力機平臺和圓桿撓度測量裝置;設計了試驗所用的變幅桿以及試驗桿件，對試驗桿件中殘余應力做了計算，并仿真了超聲振動時效時桿件中的激振力。
　　(4)通過一組對比試驗確定激振時間和激振振幅對超聲振動時效消除殘余應力的效果，試驗結(jié)果表明，超聲振動可以減小工件內(nèi)的殘余應力。最佳激振時間為10min～15min，盲目延長激振時間對時效效果影響很小，同