振動時效工藝參數(shù)選擇及效果評定方法
GB／T 25712—2010 本標準規(guī)定了振動時效工藝參數(shù)的選擇及技術要求和振動時效效果評定方法。 本標準適用于以碳素結構鋼、低合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、有色金屬(銅、鋁、鈦及其合金)等材質的鑄 件、鍛件、焊接件、模具、機加工件的振動時效工藝及其裝置。
2規(guī)范性引用文件
下列文件對于本文件的應用。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修)適用于本文件。 GB／T 25713機械式振動時效裝置
3術語和定義
GB／T 25713中界定的以及下列術語和定義適用于本文件。
3．1 全程掃額和局部掃頻
時效裝置從低轉速到當前偏心矩下最大轉速全范圍內(nèi)掃頻稱全程掃頹。
時效裝置在當前偏心矩下某一段轉速范圍內(nèi)掃頻稱局部掃頻。
3．2 振型 v灑ntion mode 工件受某一頻率激勵產(chǎn)生共振，在其某一點位移達到最大值的瞬間，工件各點的位移形成的線或面 稱為振型。 3．3 節(jié)點和節(jié)線 vibmti衄Ⅱ0de＆vib髓tion nodalliⅡe 工件共振時，振型上振幅最小處稱為該振型的節(jié)點，簡稱節(jié)點。 節(jié)點連成的線稱為該振型的節(jié)線，簡稱節(jié)線。共振時，工件可能有多個節(jié)點或節(jié)線。
3．4 振型有效區(qū) eff∞tive a他a of vibmtion mode 工件共振時，在工件相鄰節(jié)線之間或相交節(jié)線所圍區(qū)域內(nèi)，其動應力等效值在該區(qū)域內(nèi)動應力等效 值峰值的o．707倍以上的區(qū)域稱為該振型的振型有效區(qū)，簡稱振型有效區(qū)。
3．5 有效頻率和有效振型 effectjve vib憎tion frequ蛐cy＆eff比tive vibmti蚰mode 工件以某頻率共振，若其振型有效區(qū)能覆蓋工件被重點關注區(qū)域或其殘余應力較大區(qū)域，則該頻率 對應的振型稱為有效振型，該共振頻率稱為有效頻率。
3．6 時效頻率egilIg frequency 當選定某一有效振型對工件進行時效時，為使振型有效區(qū)的動應力等效值峰值達到一定數(shù)值，在該有效振型對應的有效頻率的亞共振頻率區(qū)內(nèi)具體選擇的激振頻率稱為時效頻率。
3．7 殘余應力等效值 equivalent r酷idual stre鼴 在平面殘余應力場中，為方便比較各點殘余應力大小或判定某點的屈服狀態(tài)，可把二維狀態(tài)的殘余 應力等效成一維殘余應力，然后直接用它去對各點進行比較或評判屈服狀態(tài)，該一維殘余應力即殘余應 力等效值，記為手，彳一√iii再F巧Fii百，其中，聽為殘余應力最大主應力，單位為兆帕(MPa)； 吒為殘余應力最小主應力，單位為兆帕(MPa)。
3．8 殘余應力水平 r∞id∞l stn$level 在工件某區(qū)域內(nèi)按一定原則選取多個檢測點，這些點的殘余應力等效值的平均值稱為該區(qū)域的殘 余應力水平，單位為兆帕(MPa)。
3．9 應力消除率ratio of strelief 某區(qū)域的應力消除率一(時效前該區(qū)域殘余應力水平一時效后該區(qū)域殘余應力水平)／時效前該區(qū) 域殘余應力水平×100％。
3．10 應力均化辜mte of stre$Ievding 在某區(qū)域的所有檢測點中，對殘余應力等效值大于該區(qū)域殘余應力水平的每一個點，用其殘余應力 等效值減去該區(qū)域殘余應力水平，所有差值中的最大值稱為該區(qū)域的殘余應力離散度，單位為兆帕 (MPa)。 時效后某區(qū)域的應力均化率=(時效前該區(qū)域殘余應力離散度一時效后該區(qū)域殘余應力離散度)／ 時效前該區(qū)域殘余應力離散度×100％。
4工藝參數(shù)選擇及技術要求
4．1振前分析
4．1．1根據(jù)工件的結構、尺寸、材質、時效要求、殘余應力場分布，分析判斷工件時效時所需有效振型 必要時分析工件的工況、工作應力大小與分布及其失效形式。
4．1．2工件不應有超過標準規(guī)定的縮孔、夾渣、裂紋及虛焊等缺陷。
4．2振前準備
4．2．1在預測的有效振型的節(jié)線附近彈性支撐工件，支撐點應盡量少，工件的支撐應平穩(wěn)、安全。
4．2．2特殊工件的支撐以振動阻力小且平穩(wěn)為準。
4．2．3激振器應固定裝在工件的剛性較大且位于端角或邊緣處。
4．2．4加速度傳感器應固定在遠離激振器且位于工件端角或邊緣處。
4．3確定工藝參數(shù)
4．3．1從o％偏心矩開始、以10％為間隔、依次由小到大，每次進行全程掃頻i當工件出現(xiàn)較明顯的共 振后，停止調(diào)整偏心矩。
4．3．2 以可出現(xiàn)共振的偏心矩進行全程掃頻，找出該偏心矩下最大轉速范圍內(nèi)所有共振頻率。然后， 把激振器轉速調(diào)到每個共振頻率處，觀察并確認該共振頻率對應的振型、節(jié)線及振型有效區(qū)；根據(jù)工件 殘余應力分布或重點關注區(qū)確定該工件時效所需的有效振型、有效頻率及掃頻范圍。
4．3．3按有效振型，把支撐點調(diào)整到節(jié)線處；把加速度傳感器調(diào)整到工件上有一定剛性且振幅較大處， 把其測試方向調(diào)整到與振型有效區(qū)所在平面垂直；把激振器調(diào)整到工件尉性較大且振幅較大處、且使其旋轉軸與振型有效區(qū)所在平面平行。
4．3．4以有效頻率激振工件，再次調(diào)節(jié)偏心矩。調(diào)節(jié)的原則是：裝置不過載且工件被關注部位產(chǎn)生的 動應力等效值的峰值介于該部位工作應力等效值峰值的1／3～2／3之間。
4．4時效處理
4．4．1對工件進行振動，在準備時效的有效頻率左右，進行振前局部掃頻，打印該有效頻率的振前局部 掃頻曲線。
4．4．2在有效頻率的亞共振區(qū)選擇時效頻率振動工件。該時效頻率下工件被關注部位動應力的等效 值峰值應介于該部位工作應力等效值峰值的1／3～2／3之間；或者，在不使工件產(chǎn)生疲勞損傷前提下，鑄 件選擇(10～40)MPa，鍛件、焊接件、機加工件選擇(20～80)MPa。
4．4．3用時效頻率振動工件并打印時效頻率下的時效曲線；或以初始時效頻率下加速度值為一固定值 并使該加速度值在時效過程中保持不變，打印跟蹤曲線。
4．4．4需要用多階有效頻率振動時，應打印每次的時效曲線或跟蹤瞳線。
4．4．5對工件時效過的有效頻率進行振后局部掃頻并打印局部掃頻曲線。
4．4．6有些工件可作多點激振處理。是否調(diào)整支撐點、傳感器安裝位置由用戶根據(jù)工藝要求決定。
4．4．7時效時間確定： 當。o曲線或n—f曲線出現(xiàn)5．1．2中a)或b)或g)的情況后讓電動機再持續(xù)旋轉3 min后結束時 效。一般累計振動時間不應超過40 min。
4．5振動臺時效
4．5．1對于無法直接激振及有特殊要求的工件，應選擇振動臺時效。
4．5．2按4．1．1對工件做振前分析，根據(jù)工藝要求裝卡，可選擇工件在振動臺上懸臂、單個工件與振動 臺固定、多個工件之間以串、并聯(lián)方式聯(lián)結再與振動臺固定成一個整體等聯(lián)結方式。
4．5．3裝卡系統(tǒng)應方便、快速、牢固，裝卡應避開節(jié)線。
4．5．4按振動臺與工件組成的整體振型支撐、裝卡、試振。
4．5．5進行振前掃頻、時效、振后掃頻并打印相關曲線數(shù)據(jù)，
4．6懸臂時效
4．6．1對某些彈性支撐方式共振頻率基頻較高的工件，可選擇懸臂方式降頻。
4．6．2按4．1．1對工件傲振前分析。
4．6．3將工件需重點時效的一端固定在高剛性、大質量的物體邊緣，激振器、傳感器固定在另一端。
4．6．4按4．3確定工藝參數(shù)。
4．6．5進行振前掃頻、時效、振后掃頻并打印相關曲線數(shù)據(jù)。
4．7串聯(lián)時效 對某些彈性支撐方式共振頻率基頻較高的工件，可選擇多件串聯(lián)方式降頻，然后*參照4．1～4．4 進行。
5效果評定方法
5．1參數(shù)曲線觀測法
5．1．1可根據(jù)振動時效中打印的時效曲線(n一￡曲線)或跟蹤曲線("一￡曲線)或振后掃頻曲線(n—n曲 線)相對振前掃頻曲線的變化來監(jiān)測時效效果。
5．1．2當與時效頻率相關的曲線出現(xiàn)下列情況之一時，即可判定該時效頻率的振型有效區(qū)覆蓋的工件 區(qū)域已達到了時效效果： a)口一￡曲線上升后變平； b)n—f曲線上升后下降然后變平； c)振后n—n曲線加速度峰值比振前升高； d)振后n—n曲線的共振頻率比振前降低； e)振后n—n曲線的帶寬比振前變窄； f)振后。一n曲線的共振峰有裂變現(xiàn)象發(fā)生； g)n—f曲線下降后變平。
5．2工件尺寸穩(wěn)定性檢測法 可將振動時效后工件與不時效或熱時效工件進行下列項目之一的比較：精加工后精度、長期放置精 度、加動載荷后精度、切割釋放變形，結果應達到工藝要求。
5．3殘余應力檢測法
5．3．1可在時效前及時效后利用盲孔法或x射線衍射法對工件進行殘余應力測試、對比。
5．3．2可根據(jù)工藝要求取多個應力檢測區(qū)，也可根據(jù)預測按殘余應力主應力取向、正負或幅值分類取 多個應力檢測區(qū)。
5．3．3每個應力檢測區(qū)，被振工件時效前、時效后的殘余應力檢測點數(shù)均應大于5個。
5．3．4檢測點應處于至少一個已實施的時效頻率對應的振型有效區(qū)。
5．3．5對于盲孔法，測試時，應把鉆孔工藝針對工件具體材質引起的附加應變?nèi)コ€應考慮應變釋放 隨時間的影響；檢測點在10倍盲孔直徑范圍內(nèi)的應力梯度不應太大，時效后測點與時效前測點間距應 在盲孔直徑的5倍到10倍之間。
5．3．6在對工件時效前后的殘余應力分布通過列表、繪圖等方式進行分析、比較時，除采用最大主應 力、最小主應力及最大主應力方向外，還應采用殘余應力等效值、殘余應力水平、應力消除率、應力均化 率等概念。但是，對某一個應力檢測區(qū)，若時效前該區(qū)域殘余應力水平小于工件材質的屈服極限的1／5， 則不計算該區(qū)域應力消除率；若時效前該區(qū)域殘余應力離散度小于工件材質的屈服極限的1／5時，則不 計算該區(qū)域應力均化率。
5．3．7時效后，至少有一個應力檢測區(qū)：殘余應力水平應該變低，焊接件的應力消除率應大于30％，鑄 件、鍛件、模具、機加工件的應力消除率應大于20％；或者，應力均化率應大于20％。
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