振动时效在机械加工中的应用 

   铸件很容易产生夹砂、缩松、裂纹等铸造缺陷， 所以人们常常会对低碳钢铸件采用补焊工艺， 以消除铸造缺陷。然而， 残余的焊接应力会降低零件疲劳强度， 产生应力腐蚀， 失却尺寸精度， 甚至导致变形、开裂等早期失效事故。

   以铸钢25的支架为例探讨振动时效，在机械加工中的应用。由于壁厚不均匀、大面积的水平面、大量的加强筋等影响，在铸造生产中很容易产生夹砂、缩松、裂纹等铸造缺陷，经过精加工，采用打磨的方式将焊缝区域打磨光滑。因此这样的处理方法会有以下几个不足之处:

  (1)焊接产生的热变形， 会使加工到位的尺寸发生变化，降低尺寸精度；

  (2)由于未采取措施消除焊接内应力，所以支架中的残余内应力高，同时被焊修部位又是疲劳性能最差的部位，不进行有效的时效处理，残余的焊接应力会降低疲劳强度，产生应力腐蚀，失却尺寸精度，甚至导致变形、开裂等早期失效事故。

   通过支架的结构特征分析不难发现，绝大多数裂纹的位置都在大面积水平面表层， 因此在支架粗车工序结束后增加磁粉探伤工序， 可以发现绝大多数的裂纹。然后进行“开槽消除裂纹—探伤无裂纹—焊接”等工序，这样可以明显减少报废量。

  1 时效工艺的选择

  在工件消除应力时， 为保持材料机械性能，尽量采用低温时效消除应力，而不采用热处理退火工艺方法， 但是低温时效中的自然时效，应力去除效果并不理想，而且周期长，所以笔者选择振动时效。

  考虑到振动时效工件的尺寸稳定性与热时效工件相当， 且振动时效工件的材料机械性能高于热时效工件，同时振动时效还具有投资小， 生产周期短， 节约能源， 降低成本等优点，笔者认为用于消除焊接残余应力，振动时效完全可替代热处理方法。特别适合对机械零件局部焊接修复部位进行消除焊接应力的处理。

  2 振动时效机理简述

   振动时效是将激振器所产生的周期性外力施加于工件，使工件产生振动，利用振动能量来降低残余应力。从微观上理解， 振动能量的输入提高了构件内部晶体的动能，加快了畸变晶格恢复平衡位置的速度，引起位错密度的增加，位错移动受阻从而强化了基体， 降低了构件的微观残余应力， 提高了工件的抗变形能力及尺寸稳定性。

  3 振动时效的处理过程

  一般在对工件进行振动时效处理的具体过程如下:

  (1)先把工件平稳地放在隔振橡胶垫块上， 再把激振电机和加速度计安装在工件。

  (2)在一个适当的频率范围内开始第一次扫频， 控制器利用加速度计的输出信号，结合激振电机转数，确定出最佳工作频率。

  (3)工件在选定的最佳工作频率下振动， 直到激振电机的电流减小到一个较低的水平，并且达到稳定。

  (4)处理结束后，紧接着开始第二次扫频，其目的主要是控制器收集有关应力消除效果的信息;

  (5)绘图。把处理前后的扫频曲线和电流曲线绘于同一张图上，这样就得到了一份可以说明处理效果的图形文件。

  4 振动时效消除焊接内应力的试验

  为了验证振动时效工艺对于消除残余内应力的效果， 笔者对支架零件进行堆焊， 然后用振动时效设备对堆焊部位进行消除应力试验。