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应力消除技术研究现状与发展①

时间:2017-10-10 15:27来源:未知 作者:360论文网 点击:

  应力消除技术研究现状与发展①

  张国柱

  (宝钢集团上海梅山钢铁股份有限公司 南京 2 1 0039)

  摘要:本文介船了国内外应力消除技术的研究现状,对几种应力消除方法的优缺点进行了分析和比较,并且在此基础上指出了消应力技术的发展趋势。

  关键词:残余应力 消除

  Stress Elimination Technology Research and Development

  Zhan guozhu

  (Baosteel Group Shanghai Meishan Iron and Steel Co., Ltd. Nanjing 210039)

  Abstract:The researches of the residual stress relief technology at present were introduced.The advantages and disadvantages of several stress relief technology had been analyzed.The development directions of these technologies were also pointed about based on the above analysis.

  Key Words:Residual stress:Relief

  残余应力产生的原因,可分为因外部作用的外在原因,和来源于物体内部组织结构不均匀的内在原因,主要有不均匀变形,热作用以及化学变化等…。由于残余应力的存在,它直接影响到工件的静载强度、动载强度、断裂韧性、疲劳强度、压曲强度,尺寸稳定性和抗腐蚀开裂等性能。[:1有残余应力的工件在随后的加工和使用过程中还可能会发生变形,导致工件产生不能允许的变形。因此对减小和消除残余应力的研究就显得尤为重要。

  1研究现状

  传统的消除残余应力的时效方法有热时效和自然时效。除此之外,还有超声波冲击法,锤击法以及振动时效法。

  1.1热时效

  热时效是将工件缓慢加热到Al以下某一温度,保温一段时间,然后缓冷使工件发生回复的工艺过程。回复过程主要是空位、点缺陷,位错等缺陷的消失。其机理主要是因为金属内部空位(或位错)的消失,使金属处于更稳定的状态。其优点是效果好,生产周期较短,可以保证加工精度和防止裂纹的产生;缺点是前期投入较大,需要专用的加热炉,能耗大、效率低、污染环境、容易产生新的变形和二次应力。

  1.2自然时效

  自然时效是将构件长期放置(一般长达六个月至一年左右),作用于整个构件,其基本原理是利用昼夜的温差和复杂多样的“环境震荡”,使构件发生缓慢、细微的收缩和膨胀,经长期积累得到释放残余应力的目的。自然时效的优点是效果好,不仅可以消除和降低残余应力,还可以提高构件的松弛刚度,对构件的尺寸稳定性较好,方法也简单易行,缺点是周期长,占地面积大,效率低,成本高。

  1.3超声波冲击

  超声波冲击基本原理是用大功率超声波推动冲击工具以每秒二万次以上的频率冲击物体表面,由于超声波的高频、高效和聚焦下的大能量,使其表层产生较大的压缩塑性变形;同时改变了原有的应力场,产生一定数值的压应力;并使被冲击部位得以强化。其优点是占地少,不受工件材质、形状、结构、重量之限制,使用起来灵活方便。环保、节能、安全、无污染,并且能大幅度提高的疲劳性能。然而,冲击工艺是一种以点冲击接触、压应力屈服为主要特征的“面效应”型消应力工艺,其作用范围有限,效率偏低。

  1.4振动时效

  振动时效基本思想是对整个工件施以一定大小,一定频率的循环载荷。施加于零件上的交变应力与零件中的残余应力叠加的结果达一定的数值后,在应力集中最严重的部位就会超过材料的屈服极限而发生塑性变形,降低该处残余应力峰值,使工件内应力释放,从而达到消应力的目的。振动时效是唯一可以进行二次时效的工艺,不仅能减小和均化残余应力,还可提高材料抗变形能力,稳定尺寸精度,具有节能、降低成本、提高工件尺寸精度和降低劳动强度等优点。但其对各项工艺有严格要求,对操作者的经验要求也比较高。另外,噪声过大也是其难以推广的主要原因。

  2发展趋势

  对于热时效来说,关键是开展对于专用加热炉的研究,降低其能耗、提高其效率、减少污染,同时还应改善其工艺,研究确定温度以及时间等工艺参数的新方法,从而减小新的变形和二次应力。此外,应更进一步开展局部热时效的研究,使得热时效所能处理的构件尺寸不受限于热处理炉的空间大小。

  对于自然时效,可开展研究残余应力消除与时间,温度,湿度,材料种类等关系的研究,找出最适合消除残余应力的外部环境,从而缩短其消应力的时间,提高其消应力的质量。

  对于超声波消应力法,则应进一步研究超声波功率、焊缝厚度、宽度和消应力效果之间的关系,以便更科学地确定要选用的超声冲击仪器的技术规格,达到更好的消应力效果。

  对于振动消应力技术的发展,则可通过大量实验以及理论知识,开展优化激振力、激振频率、激振时间这些工艺参数的选择,选取其中最佳的方案并形成统一的标准,有利于该项技术的推广。除此之外,提高振动时效设备的性能,使其能够实现在线消应力,则可提高消应力效率。开展振动时效消应力效果的研究,使其做到振动与检验一体化,实现在线效果评定也是其发展趋势。

  3结语

  在制造零件或大型构件时,各种工艺过程中往往产生残余应力,影响其疲劳强度、抗应力腐蚀能力和形状尺寸的稳定性,还可能导致变形和开裂等工艺缺陷,也必将影响其寿命和使用安全性。能否迅速、有效的消除残余应力是加快机械工业的技术改造,提高企业产品的内在质量的关键所在。因而残余应力问题日益受到高度重视,开展应力消除技术研究现状与发展的研究具有十分重要的意义。

  参考文献

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