振动时效与热时效应力测试初探

铸件凝固以后在冷却过程中会产生残余应力，残余应力对铸件质量影响大，尤其在交变载荷作用下的工件，当载荷作用方向与残余应力方向一致时，内外应力总和可能超过材料的强度*限，严重时使铸件局部或整体断裂；有残余应力的铸件，经机械加工，往往会发生变形或降低*件精度。因此，消除或降低铸件内部的残余应力是很重要的。
　　传统的时效方法是热时效，这种方法耗能大、成本高；环境污染严重；生产周期长、不易配炉；更重要的是炉温均匀性差，升、降温速度不易控制，易产生二次残余应力、微观裂纹，甚至造成铸件报废。
　　振动时效能消除铸件内部残余应力的20%～80%，热时效能消除铸件内部残余应力的50%～80%，且振动时效所消耗能源仅为热时效的5%。
　　为了能给企业创造更高的经济效益，本厂采用振动时效这项新技术，首先选择铸铁件Z01.1.18机座(材料HT 200，单重900kg，*大壁厚50mm，*小壁厚20mm)。对其进行振动时效和热时效处理，然后用X射线衍射法分别测量其时效结果。
1　时效工艺方案的确定

1.1　热时效工艺方案
　　热时效是将铸件加热到塑性状态的温度范围，在此温度下保温时间，使应力消除，再缓慢冷却。

1.2　振动时效工艺方案
　　(1)　支撑点的选择、激振点的确定、传感器的安放位置见图2所示。

　　(2)　工艺参数见表1所示。
    (3)　特性曲线见图3所示。

2　时效结果的测定

   2.1　测试设备
　　测试设备为X射线应力测量仪，见图4所示。

   2.2　应力测试
　　根据机座的结构，A点(见图2)残余应力较大，为易裂部位，因此，对A点振动时效前、后，热时效前、后分别进行应力测量，测试数据见表2。

   2.3　测试结果分析
　　从表2测试数据来看，热时效能消除机座A点残余应力的51%，振动时效能消除残余应力的45%，结果比较理想，也符合资料上的介绍情况。
3　其它铸铁件应力测试结果

　　除了对机座进行应力测试外，对工作台、并条等铸件也采用同样的方法进行测试，结果也与预期的相吻合（见表3）。

4　经济效益分析

　　通过统计，热时效与振动时效耗能、成本比较见表4所示。从表4来看，振动时效比热时效节能(21.14-0.67)÷21.14×*=96.8%成本降低(119.20-2.00)÷119.20×*=98%。由此看来，振动时效新技术与热时效相比经济效益十分显著。
5　结论

　　通过采用X射线衍射法测量铸铁件器热时效与振动时效前后的残余应力，说明热时效能消除残余应力的50%～70%，振动时效能消除残余应力的42%～62%，振动时效比热时效节能96.8%，成本降低98%。振动时效是一项可广泛应用的新技术。