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    超聲振動時效消除殘余應力的必要性

    更新時間:2020/8/14  點擊數:1005


    本文主要介紹了殘余應力造成的危害,以及超聲振動時效消除殘余應力的科學機理。

    1.為什么必須消除殘余應力?
    構件在生產過程中由于熱變形、裝配等工藝會給構件內部引入殘余應力,而殘余應力的存在會影響產品的精度, 尺寸穩定性, 嚴重的還會引起構件在后續加工過程中產生變形和斷裂等。

    影響構件的剛度
    一些承載梁構件, 由于不均勻變形或化學物理變化等原因使構件內部產生了殘余應力, 而這部分構件在實際的生產運用過程中,作為承載件,必然會受到外力的作用,而按照德國學者和提出的理論, 當構件受到外力作用時, 這部分外載荷與構件內部已經存在的內應力相互疊加, 當他們的共同作用超出承載梁材料的屈服極限時, 相應的屈服部分就會發生局部的塑性變形, 而這發生塑性變形的部分就會不參與承載梁的承載作用, 這會大大降低承載梁的結構剛度。

    影響構件的疲勞強度
    構件在進行熱處理時, 不同部分發生不同的熱變形, 由于構件的形狀不同, 在冷卻過程中產生的殘余應力是不可控的, 一般在構件較薄的位置受到壓應力的作用, 而構件較厚的位置受到拉應力的作用, 而在構件較薄的位置一般會產生較大的內應力,而當這部分內應力峰值大到超出材料的屈服極限時, 就會影響構件的疲勞強度, 而當構件受到外部循環載荷作用時,通過應力疊加現象, 會造成構件內部釋放應力導致構件產生疲勞裂紋, 這會大大降低構件的疲勞強度。

    引起構件的脆性破壞
    對于微觀殘余應力, 它是指在構件的局部或很小范圍內, 存在于晶粒之間的一種內應力平衡現象, 表面看起來構件沒有變化, 但是當發生某些特殊情況,如環境溫度的急劇下降、急劇的外載荷施加、斷面受載荷等情況,這部分平衡的內應力的情況將會打破,這部分失衡的內應力釋放會引起構件的局部幵裂,最終導致斷面的破壞,引起脆性破壞。

    影響構件的尺寸穩定性
    構件在裝配過程中,會引入殘余應力,這時候殘余應力的引入會影響構件的尺寸穩定性, 尤其是對于一些較為精密的零件, 這種殘余應力的存在對于零件的精度影響有時是不可忽視的, 正如本論文討論的導電游絲的內應力的消除,就是由于裝配過程中會為導電游絲引入內應力, 而這存在的內應力會使加速度計在沒有數值輸入時便存在偏差誤差,這肯定會影響飛機加速度計的精度。

    2.超聲振動時效如何消除殘余應力?

    超聲振動時效消除殘余應力的宏觀機理為構件內部存在的殘余應力與施加的超聲交變循環激振應力疊加,且疊加之和滿足超過構件屈服極限的條件,此時構件會因為發生塑性變形而達到釋放殘余應力的目的,但隨著超聲激振應力的施加, 構件內部的殘余應力不斷釋放并穩定在一個新的平衡, 構件的尺寸穩定性也得到明顯提高。

    金屬材料內部存在殘余應力, 此時材料內部晶體會發生位錯運動, 晶體在位錯運動時還存在塞積現象, 位錯運動中處于領先的部分接觸到晶界、不可動的位錯等阻礙物時,將會在受到阻力而停止位錯運動, 而領先部分的停滯會影響其后所有的位錯晶體, 最終形成塞積群。此時如果能通過引入超聲振動時效的交變超聲激振應力使其合力能共沖破阻礙物的阻饒,使塞積得到開通,最終實現應力的釋放。

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