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振 動 時 效 工 藝

我國七十年代開始生產振動時效設備，一九八六年振動時效工藝方法通過鑒定，二00五年發布JB/T5926行業標準，2005年投入“VAII智能超級”系列全自動振動消除應力專家系統”，逐步開發、完善了振動時效設備的產品系列，使我國的振動時效設備生產技術和振動時效工藝技術跨入世界先進行列。“VAII智能超級振動時效裝置”的開發成功，進一步標志著我國振動時效技術開始領先于世界，使振動時效工藝理論具備了更好的實踐裝備。
    熱時效（TSR）工藝是目前還在廣泛采用的傳統機械加工方法，其原理是用爐窯將金屬結構件加熱到一定溫度，保溫后控制降溫，達到消除殘余應力的目的，可以保證加工精度和防止裂紋產生。TSR工藝廣泛應用于幾乎所有機械產品生產廠，在中國有幾萬家企業每年有數十萬噸的機械金屬結構件采用TSR，其所消耗的重油、電、煤氣和原煤折合標準煤為140-240kg／噸左右，由此可見TSR工藝耗能已不容忽視，其對環境造成的污染之大也是有目共矚的。TSR工藝的基本工裝低溫時效爐目前造價約為人民幣4000元/立方米左右，年維護費用為人民幣300-400元/立方米，加上運輸、其它輔助工作（如去除氧化皮等），每噸金屬結構件的處理費用將高達人民幣400-600元。  
    振動時效（VSR）工藝是一種可完全取代TSR和NSR的工藝，其原理是用振動消除殘余應力，可達到TSR工藝的同樣效果，并在許多性能指標上超過TSR。VSR工藝耗能少（是TSR的２％左右）、設備投資少和效率高，其在節能、減少環境污染和提高產品性能方面有卓越的表現，使得這一高新技術在各行各業中有廣泛的應用前景。
     金屬結構件在鑄造、焊接、鍛壓和機械切削加工過程中，由于熱脹冷縮和機械力造成的變形，在工件內部產生殘余應力，致使工件處于不穩定狀態，降低工件的尺寸穩定性和機械物理性能，使工件在成品后使用過程中因殘余應力的釋放而產生變形和失效。為消除殘余應力，傳統的工藝方法是采用自然時效和熱時效，熱時效（TSR）前面有介紹，自然時效是將工件長時間露天放置（一般長達六個月至一年左右），利用環境溫度的不斷變化和時間效應使殘余應力釋放，由于周期太長和占地面積大，不適應批量生產和效果不理想，目前應用的很少。
   振動時效（VSR）對降低或勻化金屬結構件的殘余應力，提高抗動載變形能力，穩定尺寸精度和防止裂紋有非常好的效果：
   ⑴降低工件內殘余應力（峰值）30%-80%，與傳統的熱時效（TSR）相當，工件無氧化脫碳現象，無需清理氧化皮，減少了輔助工時。
  ⑵與TSR相比提高了工件抗載荷變形能力，VSR工藝的應用使工件抗靜載變形能力提高30%以上，抗動載變形能力提高1-3倍多。
  ⑶是目前超大型結構件和多種材料組合的結構件唯一時效方法，VSR還適用于二次時效（一般在半精加工后），是唯一不受場地、環境、工序和工件形狀限制的處理方法。
  振動時效（VSR）消除殘余應力使工件獲得尺寸穩定性的機理可以從宏觀和微觀兩方面解釋：
  宏觀上，當σ動 ＋σ殘 ≥σＳ 時（σ動 －－激振器施加給工件的周期性動應力，σ殘 －－殘余應力，σＳ －－材料屈服強度極限），工件會產生少量的塑性變形，使殘余應力峰值下降，原來不穩定的殘余應力得到松弛和勻化。同時由于包辛格效應，經一定時間的循環后，工件材料的當量屈服強度由原來的σＳ 上升，直到與所受的應力相等，工件內部不再產生新的塑性變形，此時塑性變形變成彈性變形，工件的彈性性能得到強化，從而使工件的幾何尺寸趨于穩定。
微觀上，因金屬具有將機械能轉變成熱能的性質，即使在σ動 ＋σ殘 ≤σＳ 時，也會產生微觀的塑性變形。其機理為：由振動輸入的活化能使位錯移動，在位錯塞積群的前沿引起應力集中而產生塑性變形；同時，遷移的位錯切割位錯群，以致使位錯釘孔，材料基體得到強化，使松弛剛度增大，工件獲得尺寸穩定性。
   ＶＳＲ工藝的應用無論是對國家還是使用單位均可帶來較大的經濟效益，主要包含三個方面：
   ⑴ＶＳＲ投資少，見效快
ＶＳＲ國產設備單臺投資一般在人民幣１０萬元以下，維護費用沒有。而一個２０平方米的爐窯投資在人民幣３５－４０萬元左右，每年的維護費用在４－５萬元左右，其建設周期一般為２－３個月。
   ⑵ＶＳＲ運行費用低
ＴＳＲ工藝處理的工件耗能折合標準煤約１４０－２４０ｋｇ／噸，需人工約２－３工時／噸，其中不包含后期去氧化皮的人工工時，由于工作環境差其工時費用高。ＶＳＲ工藝的耗能僅為ＴＳＲ的１－２％，需人工０．１－０．２工時／噸。
   ⑶ＶＳＲ有利于環境保護
ＴＳＲ處理使用的能源主要是重油、二氧化碳、天然氣和原煤，以使用的最廣泛的重油為例，每噸重油燃燒后產生約７３．５ｋｇ的二氧化硫，同時還產生二氧化碳 等其它有害氣體，而污染最小的天然氣通過燃燒也將產生四倍的廢氣，目前我國用于ＴＳＲ的重油上萬噸，的確是一個不容忽視的污染源，其造成的間接損失不可估量。