振动时效(VSR)就是在激振设备周期性——激振力的作用下在某一频率使金属构件共振,形成的动应力使构件在半小时内进行数万次较大振幅的亚共振振动,使其内部残余应力叠加,达到一定数值后,在应力集中处,会超过屈服极限而产生微小的塑性变形,降低该处残余应力,并强化金属基体;而后振动在其余应力集中部分产生同样作用,直至不能引起任何部分塑性变形为止,从而使构件内残余应力降低和重新分布,处于平衡状态,提高材料的强度。构件在后序安装使用中,因不再处于共振状态,不承受比共振力更大外力作用,振后构件不会出现应力变形。
振动装置与其他两种老化方法一样,通过物理效果处理残余应力的释放。残余应力的消除只是微观概念,其原理只能用微观原理理论解释,所以肉眼无法观察残余应力是否被消除,消除了多少。
在金属的铸造、锻造、焊接、切割和使用过程中,加热冷却和机械变形导致工件内部产生残余应力,使工件不稳定,降低了工件的尺寸稳定性和机械物理性能,导致作业过程中的应力变形和失效,尺寸精度无法。随着振动焊接技术在各行业的应用,可以看出振动时效设备技术不断发展,经济效果日益,应用范围不断扩大。如果能完全适应现代工业社会的动力和环境保护的要求,就会有更广阔的发展空间。
振动时效过程本质上是金属材料中晶位错动、增殖、堵塞和缠结的过程。振动时效在稳定工件尺寸精度和提高抵抗静态和动态载荷变形的能力方面优于热时效。这也是许多机械行业应用振动时效工艺的原因之一。
从金属物理的角度来看,振荡时效的过程本质上是金属材料中晶体位错运动、增殖、堵塞和纠缠的过程。由于金属材料中存在位错,交叉应力和内部残余应力相互叠加,在应力较高的区域可以发生位错滑移,产生较小的塑性变形。滑动在一个方向上被线性识别。当微观应变被识别为宏观量时,金属排列中残余应力较大的地方的位错堆积可以被交替打开,一些较大的残余应力可以被释放,使构件的宏观内应力松弛,残余应力的峰值降低,改变了构件原有的应力场,终使构件的残余应力降低并重新分散,以便较低的应力达到平衡。位错堆积后,位错运动受阻,然后基体得到强化,构件的抗变形能力提高,构件的尺寸精度趋于稳定。
热时效存在着能耗大、本钱高、资料机械功能下降、大工件等弊端;天然时效时间长,功率低,仅能使应力消除2 %~10 %等弱点。在很多国家60年代开始研讨采用振荡时效来消除金属工件内剩余应力。跟着研讨的深化,振荡时效工艺技术便发生并不断改进。振荡时效工艺,国外称为“VSR”办法,是利用共振原理下降和均化金属结构内部剩余应力,获得结构尺度精度稳定的一种新技术,其特色可取代传统的热时效和天然时效工艺。