應(yīng)力消除技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展

摘要:本文介紹了國(guó)內(nèi)外應(yīng)力消除技術(shù)的研究現(xiàn)狀，對(duì)幾種應(yīng)力消除方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析和比較，并且在此基礎(chǔ)上指出了消應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞:殘余應(yīng)力消除

中圖分類號(hào):TG142文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-3791(2011)02(b)-0121-01

Stress Elimination Technology Research and Development

Zhan guozhu

(Baosteel Group Shanghai Meishan Iron and Steel Co.， Ltd.Nanjing210039)

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

殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因，可分為因外部作用的外在原因，和來(lái)源于物體內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不均勻的內(nèi)在原因，主要有不均勻變形，熱作用以及化學(xué)變化等[1]。由于殘余應(yīng)力的存在，它直接影響到工件的靜載強(qiáng)度、動(dòng)載強(qiáng)度、斷裂韌性、疲勞強(qiáng)度、壓曲強(qiáng)度，尺寸穩(wěn)定性和抗腐蝕開裂等性能。[2]有殘余應(yīng)力的工件在隨后的加工和使用過(guò)程中還可能會(huì)發(fā)生變形，導(dǎo)致工件產(chǎn)生不能允許的變形。因此對(duì)減小和消除殘余應(yīng)力的研究就顯得尤為重要。

1研究現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的消除殘余應(yīng)力的時(shí)效方法有熱時(shí)效和自然時(shí)效。除此之外，還有超聲波沖擊法，錘擊法以及振動(dòng)時(shí)效法。

1.1 熱時(shí)效

熱時(shí)效是將工件緩慢加熱到A1以下某一溫度，保溫一段時(shí)間，然后緩冷使工件發(fā)生回復(fù)的工藝過(guò)程[3]。回復(fù)過(guò)程主要是空位、點(diǎn)缺陷，位錯(cuò)等缺陷的消失。其機(jī)理主要是因?yàn)榻饘賰?nèi)部空位(或位錯(cuò))的消失，使金屬處于更穩(wěn)定的狀態(tài)。其優(yōu)點(diǎn)是效果好，生產(chǎn)周期較短，可以保證加工精度和防止裂紋的產(chǎn)生;缺點(diǎn)是前期投入較大，需要專用的加熱爐，能耗大、效率低、污染環(huán)境、容易產(chǎn)生新的變形和二次應(yīng)力。

1.2 自然時(shí)效

自然時(shí)效是將構(gòu)件長(zhǎng)期放置(一般長(zhǎng)達(dá)六個(gè)月至一年左右)，作用于整個(gè)構(gòu)件，其基本原理是利用晝夜的溫差和復(fù)雜多樣的“環(huán)境震蕩”，使構(gòu)件發(fā)生緩慢、細(xì)微的收縮和膨脹，經(jīng)長(zhǎng)期積累得到釋放殘余應(yīng)力的目的。[4]自然時(shí)效的優(yōu)點(diǎn)是效果好，不僅可以消除和降低殘余應(yīng)力，還可以提高構(gòu)件的松弛剛度，對(duì)構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性較好，方法也簡(jiǎn)單易行;缺點(diǎn)是周期長(zhǎng)，占地面積大，效率低，成本高。

1.3 超聲波沖擊

超聲波沖擊基本原理是用大功率超聲波推動(dòng)沖擊工具以每秒二萬(wàn)次以上的頻率沖擊物體表面，由于超聲波的高頻、高效和聚焦下的大能量，使其表層產(chǎn)生較大的壓縮塑性變形;同時(shí)改變了原有的應(yīng)力場(chǎng)，產(chǎn)生一定數(shù)值的壓應(yīng)力;并使被沖擊部位得以強(qiáng)化[5]。其優(yōu)點(diǎn)是占地少，不受工件材質(zhì)、形狀、結(jié)構(gòu)、重量之限制，使用起來(lái)靈活方便。環(huán)保、節(jié)能、安全、無(wú)污染，并且能大幅度提高的疲勞性能。然而，沖擊工藝是一種以點(diǎn)沖擊接觸、壓應(yīng)力屈服為主要特征的“面效應(yīng)”型消應(yīng)力工藝，其作用范圍有限，效率偏低。

1.4 振動(dòng)時(shí)效

振動(dòng)時(shí)效基本思想是對(duì)整個(gè)工件施以一定大小，一定頻率的循環(huán)載荷。施加于零件上的交變應(yīng)力與零件中的殘余應(yīng)力疊加的結(jié)果達(dá)一定的數(shù)值后，在應(yīng)力集中最嚴(yán)重的部位就會(huì)超過(guò)材料的屈服極限而發(fā)生塑性變形，降低該處殘余應(yīng)力峰值，使工件內(nèi)應(yīng)力釋放，從而達(dá)到消應(yīng)力的目的。

振動(dòng)時(shí)效是唯一可以進(jìn)行二次時(shí)效的工藝，不僅能減小和均化殘余應(yīng)力，還可提高材料抗變形能力，穩(wěn)定尺寸精度，具有節(jié)能、降低成本、提高工件尺寸精度和降低勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。但其對(duì)各項(xiàng)工藝有嚴(yán)格要求，對(duì)操作者的經(jīng)驗(yàn)要求也比較高。另外，噪聲過(guò)大也是其難以推廣的主要原因。

2發(fā)展趨勢(shì)

對(duì)于熱時(shí)效來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵是開展對(duì)于專用加熱爐的研究，降低其能耗、提高其效率、減少污染，同時(shí)還應(yīng)改善其工藝，研究確定溫度以及時(shí)間等工藝參數(shù)的新方法，從而減小新的變形和二次應(yīng)力。此外，應(yīng)更進(jìn)一步開展局部熱時(shí)效的研究，使得熱時(shí)效所能處理的構(gòu)件尺寸不受限于熱處理爐的空間大小。

對(duì)于自然時(shí)效，可開展研究殘余應(yīng)力消除與時(shí)間，溫度，濕度，材料種類等關(guān)系的研究，找出最適合消除殘余應(yīng)力的外部環(huán)境，從而縮短其消應(yīng)力的時(shí)間，提高其消應(yīng)力的質(zhì)量。

對(duì)于超聲波消應(yīng)力法，則應(yīng)進(jìn)一步研究超聲波功率、焊縫厚度、寬度和消應(yīng)力效果之間的關(guān)系，以便更科學(xué)地確定要選用的超聲沖擊儀器的技術(shù)規(guī)格，達(dá)到更好的消應(yīng)力效果。

對(duì)于振動(dòng)消應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展，則可通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)以及理論知識(shí)，開展優(yōu)化激振力、激振頻率、激振時(shí)間這些工藝參數(shù)的選擇，選取其中最佳的方案并形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有利于該項(xiàng)技術(shù)的推廣。除此之外，提高振動(dòng)時(shí)效設(shè)備的性能，使其能夠?qū)崿F(xiàn)在線消應(yīng)力，則可提高消應(yīng)力效率。開展振動(dòng)時(shí)效消應(yīng)力效果的研究，使其做到振動(dòng)與檢驗(yàn)一體化，實(shí)現(xiàn)在線效果評(píng)定也是其發(fā)展趨勢(shì)。

3結(jié)語(yǔ)

在制造零件或大型構(gòu)件時(shí)，各種工藝過(guò)程中往往產(chǎn)生殘余應(yīng)力，影響其疲勞強(qiáng)度、抗應(yīng)力腐蝕能力和形狀尺寸的穩(wěn)定性，還可能導(dǎo)致變形和開裂等工藝缺陷，也必將影響其壽命和使用安全性。能否迅速、有效的消除殘余應(yīng)力是加快機(jī)械工業(yè)的技術(shù)改造，提高企業(yè)產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量的關(guān)鍵所在。因而殘余應(yīng)力問(wèn)題日益受到高度重視，開展應(yīng)力消除技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展的研究具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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