振動時效在機械加工中的應用 

   鑄件很容易產生夾砂、縮松、裂紋等鑄造缺陷， 所以人們常常會對低碳鋼鑄件采用補焊工藝， 以消除鑄造缺陷。然而， 殘余的焊接應力會降低零件疲勞強度， 產生應力腐蝕， 失卻尺寸精度， 甚至導致變形、開裂等早期失效事故。

   以鑄鋼25的支架為例探討振動時效，在機械加工中的應用。由于壁厚不均勻、大面積的水平面、大量的加強筋等影響，在鑄造生產中很容易產生夾砂、縮松、裂紋等鑄造缺陷，經過精加工，采用打磨的方式將焊縫區域打磨光滑。因此這樣的處理方法會有以下幾個不足之處:

  (1)焊接產生的熱變形， 會使加工到位的尺寸發生變化，降低尺寸精度；

  (2)由于未采取措施消除焊接內應力，所以支架中的殘余內應力高，同時被焊修部位又是疲勞性能最差的部位，不進行有效的時效處理，殘余的焊接應力會降低疲勞強度，產生應力腐蝕，失卻尺寸精度，甚至導致變形、開裂等早期失效事故。

   通過支架的結構特征分析不難發現，絕大多數裂紋的位置都在大面積水平面表層， 因此在支架粗車工序結束后增加磁粉探傷工序， 可以發現絕大多數的裂紋。然后進行“開槽消除裂紋—探傷無裂紋—焊接”等工序，這樣可以明顯減少報廢量。

  1 時效工藝的選擇

  在工件消除應力時， 為保持材料機械性能，盡量采用低溫時效消除應力，而不采用熱處理退火工藝方法， 但是低溫時效中的自然時效，應力去除效果并不理想，而且周期長，所以筆者選擇振動時效。

  考慮到振動時效工件的尺寸穩定性與熱時效工件相當， 且振動時效工件的材料機械性能高于熱時效工件，同時振動時效還具有投資小， 生產周期短， 節約能源， 降低成本等優點，筆者認為用于消除焊接殘余應力，振動時效完全可替代熱處理方法。特別適合對機械零件局部焊接修復部位進行消除焊接應力的處理。

  2 振動時效機理簡述

   振動時效是將激振器所產生的周期性外力施加于工件，使工件產生振動，利用振動能量來降低殘余應力。從微觀上理解， 振動能量的輸入提高了構件內部晶體的動能，加快了畸變晶格恢復平衡位置的速度，引起位錯密度的增加，位錯移動受阻從而強化了基體， 降低了構件的微觀殘余應力， 提高了工件的抗變形能力及尺寸穩定性。

  3 振動時效的處理過程

  一般在對工件進行振動時效處理的具體過程如下:

  (1)先把工件平穩地放在隔振橡膠墊塊上， 再把激振電機和加速度計安裝在工件。

  (2)在一個適當的頻率范圍內開始第一次掃頻， 控制器利用加速度計的輸出信號，結合激振電機轉數，確定出最佳工作頻率。

  (3)工件在選定的最佳工作頻率下振動， 直到激振電機的電流減小到一個較低的水平，并且達到穩定。

  (4)處理結束后，緊接著開始第二次掃頻，其目的主要是控制器收集有關應力消除效果的信息;

  (5)繪圖。把處理前后的掃頻曲線和電流曲線繪于同一張圖上，這樣就得到了一份可以說明處理效果的圖形文件。

  4 振動時效消除焊接內應力的試驗

  為了驗證振動時效工藝對于消除殘余內應力的效果， 筆者對支架零件進行堆焊， 然后用振動時效設備對堆焊部位進行消除應力試驗。