從宏觀的角度分析,振動時效使零件產(chǎn)生塑性變形,降低和均化殘余應(yīng)力并提高材料的抗變形能力,無疑是導(dǎo)致零件尺寸精度穩(wěn)定的基本原因。由振動時效的加載試驗結(jié)果可知,振動時效件的抗變形能力不僅高于未經(jīng)時效的零件,也高于經(jīng)熱時效處理的零件。
從微觀方面分析,振動時效可視為一種以循環(huán)載荷的形式施加于零件上的一種附加的動應(yīng)力。
從錯位、晶格滑移等金屬學(xué)理論上解釋,其主要觀點是振動時效處理過程實際上是通過在工件的共振狀態(tài)下,給工件的每一部位(晶格)施加一定的動能量,如果施加的這個能量值與微觀組織本身原有的能量值之和,足以克服微觀組織周圍的井勢(恢復(fù)平衡的束縛力),則微觀區(qū)域必然會產(chǎn)生塑性變形,使產(chǎn)生殘余應(yīng)力的歪曲晶格得以慢慢地恢復(fù)平衡狀態(tài),使應(yīng)力集中處的錯位得以滑移并重新釘扎,達(dá)到消除和均化殘余應(yīng)力的目的。
自然時效是通過將工件暴露于室外,經(jīng)過半年至一年的時間,使工件的尺寸精度達(dá)到穩(wěn)定的一種工藝。此工藝生產(chǎn)周期長,積壓資金大,占用場地,管理繁雜。因此在目前的市場經(jīng)濟(jì)中,一般不將其作為一種獨立的時效工藝。
熱時效是通過對工件不斷加溫,隨著溫度的升高,材料的塑性越來越好。當(dāng)加熱到550-600度時,材料已具有很好的塑性。這時歪曲的晶格就很容易克服周圍對它的束縛,在保溫過程中慢慢地恢復(fù)平衡狀態(tài),殘余應(yīng)力就被消除了。但熱時效效果又受爐內(nèi)溫差、保溫時間、升降溫速度、工件尺寸及形狀等諸多因素的影響。
與傳統(tǒng)的自然時效和熱時效相比,振動時效具有如下特點:
(1)時效效果好。大量的研究和實際應(yīng)用證明,振動時效對工件的時效效果(工件的尺寸穩(wěn)定性)好于熱時效爐。不僅能克服熱時效爐爐溫不均而造成消除應(yīng)力不均勻之難題,而且避免了工件因加熱而降低其抗變形能力的影響。因此工件的尺寸穩(wěn)定性提高了。
(2)使用方便。振動時效設(shè)備體積小、重量輕,便于攜帶。不受工件大小和材質(zhì)的限制。
(3)符合環(huán)保要求。整個振動時效過程避免了熱時效的煙氣粉塵等污染源。
(4)投資少。與熱時效相比,它無需龐大的時效爐,可節(jié)省占地面積與昂貴的設(shè)備投資。且是一次性投資,可滿足*使用。
(5)節(jié)能顯著。振動時效處理一個周期只用幾度電,其能源消耗僅為熱時效的3%,成本僅為熱時效的8%。
(6)生產(chǎn)周期短。自然時效至少需半年的*放置,熱時效亦需經(jīng)數(shù)十小時的周期方能完成,而振動時效一般只需振動十幾分鐘即可完成。
(7)振動時效操作簡便,易于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化??杀苊饨饘倭慵跓釙r效過程中產(chǎn)生的翹曲變形、氧化、脫碳及硬度降低等缺陷。