振动时效效果的判定方法

点击数:5642021-12-18来源: 振动时效

检验振动时效的效果实际上就是检验工件中残余应力是否得以消除和均化,目前对残余应力的测试方法很多,但总的分为两大类。
一类是定量测试:如盲孔法、X射线法、磁测法、喷砂打孔法、切割法、套环法等。
一类是定性测试:如振动参数曲线法、尺寸精度稳定性法等。本文着重一讲振动曲线法。

一、常用的几种残余应力测试法

1.切割法、套环法:
这两种方法的基本原理是一样的,就是在被测点附近,先贴上应变片,然后再用手锯或铣床,在这一点附近切割出方格线,使之与邻近部分分开以释放残余应力,并用应变片测出应变量,再计算出该点处的残余应力值大小。
2.盲孔法:
切割法和套环法具有较大的破坏性,因此目前应用较为广泛的残余应力测试方法是钻盲孔法。钻孔法测量残余应力就是在被测点上钻一小孔,使被测点的应力得到部分或全部释放,并由事先贴在小孔周围的应变计测得释放的应变量,再根据弹性力学原理计算出残余应力。钻孔的直径和深度都不大,不会影响被测构件的正常使用。并且这种方法具有较好的精度,因此它已成为应用比较广泛的残余应力测试方法之一。
3.X射线法:
X射线法测应力的基本原理是,利用X射线穿透晶粒时产生的衍射现象。在弹性应变作用下,引起晶格间距变化,使衍射条纹产生位移,根据位移的变化即可计算出应力来。
X射线法测应力的特点如下:
①它是一种无损测试方法。
②它测量的仅仅是弹性应变而不包括塑应变(因为工件塑性变形时其晶面间距并不改变,不会引起衍射线的位移)。
③被测面直径可以小到1~2mm。因此可以用于研究一点应力和梯度变化较大的应力分布。
④由于穿透能力的限制,一般只能测深度在10um左右的应力,所以只是表面应力。
⑤对于能给出清晰衍射峰的材料,例如退火后细晶粒材料,本方法可达10Mpa的精度,但对于淬火硬化或冷加工材料,其测量误差将增大许多倍。
4.磁测法:
磁测法测量残余应力是近年来发展起来的一种新方法,它具有较大的发展前途,设备简单、使用方便,它不仅可以测残余应力也可以测载荷作用下的应力。在磁场面的作用下,应力产生磁各异性,磁导率作为张量相似,通过传感器和一定电路,将磁导率的变化转为电信号,输出电流(或电压)反映应力值的变化。该方法测量误差与工件表面情况有关。

二、 振动参数曲线法

 

 一项振动时效工艺是否成功,其最后的检测方法应是残余应力的变化率和尺寸精度保持性的测试。但是振动处理过程中采用上述两种参数是不可能的,它是需要长时间和复杂的测试过程。通常在实际生产应用的控制过程中往往采用振动时效前后幅频特性参数曲线和振幅-时间参数曲线测试法并按JB/T5926-91标准中第4.1条款或JB/T10375-2002标准中的第6.2条款验收来实现的。
(a) 幅频特性曲线扫描法


 
图6-1幅频特性曲线二次扫描图
(图中实线为振前所测曲线、虚线为振后所测曲线)


在振动处理过程中随着残余应力的下降,构件的内阻尼减小,所以在幅频特性曲线上所表现出的是固有频率的下降,(如图6-1中所示f1变为f1′)、共振峰值的增高、频带变窄。振动处理前测得的幅-频特性曲线和振后幅频特性曲线对比可求出各参数的变化量△f,△h和△u。经过多个试件处理后可把这些变化量的统计值确定下来。这样就可在生产应用时进行监测。
如果生产中所得的参数变化与确定的数值相近,说明振动处理的效果已达到。如果远远偏小,说明效果欠佳,尚需在激振参数(主要是激振力)上做适当调整,或支承方式上需做调整。
总之,幅-频特性曲线监测法是国内外普遍采用的较为成熟的方法。
(b)振幅-时间曲线监测法
幅-频特性曲线是振动处理的前后进行的,且频率在不断的改变。有时为了获得更好的曲线。这要比前一种方法更为简单,它既可以通过振幅的变化来控制振动处理的有效时间,又可以通过振幅的变化量来监测残余应力的变化情况。

三、尺寸精度稳定性法
尺寸精度稳定性是根据定期对构件尺寸精度的测量来实现的。它包括两方面内容:一方面是观测构件尺寸精度随时间而发生的变化量,与热时效或精度允差相比较;另一方面是要观察构件在静、动荷载作用后的尺寸精度变化量,同样与传统工艺(热时效)相比,以鉴定振动时效工艺的可行性。
如果残余应力消除和均化的效果好,那么工件中残余应力的再分布的可能性和程度就比较小,工件的尺寸精度稳定性就好。实践证明在保持工件尺寸精度稳定性方面振动时效技术比其它传统的时效方法更显优势。


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振动时效3D展示
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