振動時效與熱時效應力測試初探

鑄件凝固以后在冷卻過程中會產(chǎn)生殘余應力，殘余應力對鑄件質量影響大，尤其在交變載荷作用下的工件，當載荷作用方向與殘余應力方向一致時，內外應力總和可能超過材料的強度*限，嚴重時使鑄件局部或整體斷裂；有殘余應力的鑄件，經(jīng)機械加工，往往會發(fā)生變形或降低*件精度。因此，消除或降低鑄件內部的殘余應力是很重要的。
　　傳統(tǒng)的時效方法是熱時效，這種方法耗能大、成本高；環(huán)境污染嚴重；生產(chǎn)周期長、不易配爐；更重要的是爐溫均勻性差，升、降溫速度不易控制，易產(chǎn)生二次殘余應力、微觀裂紋，甚至造成鑄件報廢。
　　振動時效能消除鑄件內部殘余應力的20%～80%，熱時效能消除鑄件內部殘余應力的50%～80%，且振動時效所消耗能源僅為熱時效的5%。
　　為了能給企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益，本廠采用振動時效這項新技術，首先選擇鑄鐵件Z01.1.18機座(材料HT 200，單重900kg，*大壁厚50mm，*小壁厚20mm)。對其進行振動時效和熱時效處理，然后用X射線衍射法分別測量其時效結果。
1　時效工藝方案的確定

1.1　熱時效工藝方案
　　熱時效是將鑄件加熱到塑性狀態(tài)的溫度范圍，在此溫度下保溫時間，使應力消除，再緩慢冷卻。

1.2　振動時效工藝方案
　　(1)　支撐點的選擇、激振點的確定、傳感器的安放位置見圖2所示。

　　(2)　工藝參數(shù)見表1所示。
    (3)　特性曲線見圖3所示。

2　時效結果的測定

   2.1　測試設備
　　測試設備為X射線應力測量儀，見圖4所示。

   2.2　應力測試
　　根據(jù)機座的結構，A點(見圖2)殘余應力較大，為易裂部位，因此，對A點振動時效前、后，熱時效前、后分別進行應力測量，測試數(shù)據(jù)見表2。

   2.3　測試結果分析
　　從表2測試數(shù)據(jù)來看，熱時效能消除機座A點殘余應力的51%，振動時效能消除殘余應力的45%，結果比較理想，也符合資料上的介紹情況。
3　其它鑄鐵件應力測試結果

　　除了對機座進行應力測試外，對工作臺、并條等鑄件也采用同樣的方法進行測試，結果也與預期的相吻合（見表3）。

4　經(jīng)濟效益分析

　　通過統(tǒng)計，熱時效與振動時效耗能、成本比較見表4所示。從表4來看，振動時效比熱時效節(jié)能(21.14-0.67)÷21.14×*=96.8%成本降低(119.20-2.00)÷119.20×*=98%。由此看來，振動時效新技術與熱時效相比經(jīng)濟效益十分顯著。
5　結論

　　通過采用X射線衍射法測量鑄鐵件器熱時效與振動時效前后的殘余應力，說明熱時效能消除殘余應力的50%～70%，振動時效能消除殘余應力的42%～62%，振動時效比熱時效節(jié)能96.8%，成本降低98%。振動時效是一項可廣泛應用的新技術。