振動(dòng)時(shí)效常常被認(rèn)為是消除工件殘余應(yīng)力的方法，但一系列試驗(yàn)研究表明，振動(dòng)時(shí)效對(duì)消除和均化殘余應(yīng)力都有作用。振動(dòng)時(shí)效對(duì)減少和均化殘余應(yīng)力皆有著良好作用，這是由于在振動(dòng)過(guò)程中，工件受周期性附加應(yīng)力的作用，在應(yīng)力集中處首先發(fā)生局部的塑性變形，繼而又在整體上發(fā)生較大的塑性變形。峰值應(yīng)力處產(chǎn)生的塑性變形較大，而其它部位則相對(duì)較小。正是由于這種塑性變形導(dǎo)致了工件中殘余應(yīng)力的降低和均勻化。

*件在振動(dòng)時(shí)效前后發(fā)生塑性變形是振動(dòng)消除應(yīng)力的確定。因此，許多人測(cè)量過(guò)*件振動(dòng)處理前后的尺寸變化。實(shí)際測(cè)量表明，即使附加應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加后，仍不超過(guò)材料的彈性*限時(shí)，*件也會(huì)產(chǎn)生塑性變形。

某種龍門(mén)刨床的立柱和橫梁鑄件在振動(dòng)處理前后*件在振動(dòng)過(guò)程中變形并不是無(wú)休止的，達(dá)到一定程度后繼續(xù)施加振加，尺寸精度并不繼續(xù)發(fā)生變化，這說(shuō)明*件尺寸已達(dá)到穩(wěn)定。在生產(chǎn)中常常依此判斷振動(dòng)時(shí)效的效果及確定振動(dòng)處理的時(shí)間。表1為一種機(jī)床床身鑄件在振動(dòng)處理過(guò)程中的變形與振動(dòng)時(shí)間的關(guān)系。

表1

進(jìn)行上述試驗(yàn)時(shí)，首先在鑄件導(dǎo)軌面上選擇一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)和若干測(cè)量點(diǎn)，用準(zhǔn)確的水平儀測(cè)量出各測(cè)量點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的不直度誤差，由表2可知，經(jīng)過(guò)振動(dòng)處理15分鐘后，除2點(diǎn)外，其余各測(cè)量點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)位置都發(fā)生了變化。振動(dòng)30分鐘后，測(cè)量點(diǎn)中有5個(gè)不再發(fā)生進(jìn)一步的變化，振動(dòng)45分鐘后所有各點(diǎn)都達(dá)到穩(wěn)定。

綜上所述所可以看出,振動(dòng)時(shí)效使工件在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生塑性變形,松馳了工件中的殘余應(yīng)力.故振動(dòng)時(shí)效過(guò)程是*件塑性變形的產(chǎn)生和逐漸穩(wěn)定的過(guò)程,也就是殘余應(yīng)力減小和穩(wěn)定化的過(guò)程.尺寸精度的變化,示于圖1所示。

*件的變形不僅取決于殘余應(yīng)力的大小和分布，還與松馳剛性和抗變形能力有關(guān)。振動(dòng)時(shí)效不僅能夠減小和均化殘余應(yīng)力,還可提高材料的抗變形能力。對(duì)振動(dòng)處理后的工件進(jìn)行加靜載和加動(dòng)載試驗(yàn)，可證實(shí)這一點(diǎn)。

某種車(chē)床床身鑄件，外廊尺寸為1160X232X190mm，材料為HT30-54,重105kg，導(dǎo)軌經(jīng)表面淬火處理。采用振動(dòng)時(shí)效消除殘余應(yīng)力并穩(wěn)定其尺寸精度，其振動(dòng)時(shí)效的工藝參數(shù)為：動(dòng)應(yīng)力-+0.75kgf/mm2 ,時(shí)間-累積時(shí)間為60分鐘。振動(dòng)后把它與未經(jīng)振動(dòng)的同種床身鑄件進(jìn)行抗變形能力的對(duì)比試驗(yàn)，靜載試驗(yàn)時(shí)，在床身鑄件上加1噸靜載，加載時(shí)間10分鐘。卸載后再加4.5噸重靜載，保持15分鐘。每次加載前后分別測(cè)量鑄件兩導(dǎo)軌垂直面內(nèi)的不直度，比較振動(dòng)件和未振動(dòng)件加載前后尺寸精度變化量，變形越小表明抗變形能力越強(qiáng)。從試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，重為100kg左右的鑄件，加其10倍重量的靜載時(shí)，經(jīng)振動(dòng)時(shí)效的鑄件的抗變形能力比未經(jīng)處理的鑄件提高70%以上；加更大靜載時(shí)(4.5噸)，抗變形能力仍可提高20%。還對(duì)一種儀表機(jī)床床身進(jìn)行了承受靜載和動(dòng)載的對(duì)比試驗(yàn)，床身鑄件材質(zhì)為HT20-40鑄鐵，尺寸為1100X80X180mm,重80kg.施加的靜載荷重200kg,動(dòng)載荷為頻率50Hz的+2 . 5kgf/m2 的交變應(yīng)力。

從數(shù)據(jù)清楚地表明了振動(dòng)處理的鑄件比不經(jīng)時(shí)效的鑄件抗靜載能力提高30%左右，抗動(dòng)載能力提高1~3倍，抗溫度變形能力也提高近30%。與經(jīng)過(guò)熱時(shí)效的鑄件相比，振動(dòng)件的抗靜載能力高40%以上，抗動(dòng)載能力提高70%。

鑄件經(jīng)振動(dòng)時(shí)效后抗變形能力的提高,可以用循環(huán)加載下鑄鐵彈性性能的提高來(lái)解釋。振動(dòng)時(shí)效實(shí)質(zhì)上是對(duì)*件附加一種循環(huán)應(yīng)力。鑄鐵組織中由于存在著石墨和局部的微觀夾雜物、缺陷，在受到拉伸載荷時(shí)沒(méi)有明顯的比例*限。在應(yīng)力作用下伴隨著彈性變形的產(chǎn)生，同時(shí)也產(chǎn)生塑性變形。這種塑性變形在循環(huán)應(yīng)力不超過(guò)其適應(yīng)性*限σL 的情況下，以過(guò)循環(huán)次數(shù)后，即可大部分或全部消失。應(yīng)力一應(yīng)變曲線(xiàn)由原始的開(kāi)口型(圖3中曲線(xiàn)1)變?yōu)殚]口型(曲線(xiàn)2)。殘余變形的逐漸消失使鑄鐵的彈性性能加強(qiáng),彈性模量顯著提高。圖4所示結(jié)果說(shuō)明，循環(huán)加載后Eσ 的提高在應(yīng)力較大時(shí)表現(xiàn)得更為明顯。

國(guó)內(nèi)外大量試驗(yàn)和實(shí)用事例證明，振動(dòng)時(shí)效對(duì)于穩(wěn)定*件的尺寸精度具有良好的作用，其作用不僅表現(xiàn)在長(zhǎng)期使用過(guò)程中尺寸精度變化量較小，而且能在較短的時(shí)間內(nèi)使*件尺寸達(dá)到穩(wěn)定，以下面的五種情況為例，同一種鑄件分別進(jìn)行了振動(dòng)時(shí)效,熱時(shí)效和自然時(shí)效，在同樣的時(shí)間內(nèi)觀測(cè)其隨時(shí)間而發(fā)生的翹曲變形量和翹曲變形的持續(xù)時(shí)間。由數(shù)據(jù)結(jié)果可知，鑄件在振動(dòng)時(shí)效后的變形量小，其值僅為熱時(shí)效和自然時(shí)效變形量的一半左右。同時(shí)，經(jīng)振過(guò)時(shí)效的鑄件變形的持續(xù)時(shí)間也*短，在30~60天內(nèi)尺寸精度便達(dá)到穩(wěn)定，而經(jīng)熱時(shí)效的鑄件需100~150天才能穩(wěn)定，而自然時(shí)效的鑄件尺寸持續(xù)變240~270天。由圖5亦可看出，經(jīng)振動(dòng)時(shí)效工作臺(tái)的鑄件，達(dá)到尺寸穩(wěn)定的時(shí)間比熱時(shí)效處理的鑄件所需時(shí)間要短，這一對(duì)比實(shí)驗(yàn)可以充分證明，振動(dòng)時(shí)效能有效的穩(wěn)定鑄件尺寸精度。

國(guó)內(nèi)外大量的應(yīng)用實(shí)例證明，振動(dòng)對(duì)穩(wěn)定*件的尺寸精度具有良好的作用。然而,對(duì)于振動(dòng)時(shí)效穩(wěn)定尺寸精度的機(jī)理，迄今為止尚無(wú)系統(tǒng)的,滿(mǎn)意的解釋。

從宏角度分析，振動(dòng)時(shí)效使*件產(chǎn)生塑性變形，降低和均化殘余應(yīng)力并提高材料的抗變形能力，無(wú)疑是導(dǎo)致*件尺寸精度穩(wěn)定的基本原因。從分析殘余應(yīng)力松馳和*件變形中可知，殘余應(yīng)力的存在及其不穩(wěn)定性造成了應(yīng)力松馳和再分布，使*件發(fā)生塑性變形。故通常采用熱時(shí)效方法以消除和降低殘余應(yīng)力，特別是危險(xiǎn)的峰值應(yīng)力。振動(dòng)時(shí)效同樣可以降低殘余應(yīng)力，*件在振動(dòng)處理后殘余應(yīng)力通?？山档?/span>20~30%，有時(shí)可達(dá)50~60%，同時(shí)也使峰值應(yīng)力降低,，使應(yīng)力分布均化除殘余應(yīng)力值外，決定*件尺寸穩(wěn)定性的另一重要因素是松馳剛性，或*件抗變形能力。有時(shí)雖然*件具有較大的殘余應(yīng)力，但因其抗變形能力強(qiáng),而不致造成大的變形。在這一方面,振動(dòng)時(shí)效同樣表現(xiàn)出明顯的作用，由振動(dòng)時(shí)效的加載試驗(yàn)結(jié)果可知，振動(dòng)時(shí)效件的抗變形能力不僅高于未經(jīng)時(shí)效的*件，也高于經(jīng)熱時(shí)效處理的*件，通過(guò)振動(dòng)而使材料得到強(qiáng)化，使*件的尺寸精度達(dá)到穩(wěn)定。

從微觀方面的分析，振動(dòng)時(shí)效可視為一種以循環(huán)載荷的形式施加于*件上的一種附加應(yīng)力。眾所周知，工程上采用的材料都不是理想的彈性體，其內(nèi)部存在著不同類(lèi)型的微觀微陷，鑄鐵中更是存在著大量形狀各異的切割金屬基體的石墨。故而無(wú)論是鋼、鑄鐵或其它金屬,其中的微觀缺陷附近都存在著不同程度的應(yīng)力集中。當(dāng)受到振動(dòng)時(shí)，施加于*件上的交變應(yīng)力與*件中的殘余應(yīng)力疊加。當(dāng)應(yīng)力疊加的結(jié)果達(dá)到數(shù)值后，在應(yīng)力集中*嚴(yán)重的部位就會(huì)超過(guò)材料的屈服*限而發(fā)生塑性變形。這塑性變形降低了該處殘余應(yīng)力峰值，并強(qiáng)化了金屬基體。而后，振動(dòng)又在另一些應(yīng)力集中較嚴(yán)重的部位上產(chǎn)生同樣作用，直至振動(dòng)附加應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加的代數(shù)和不能引起任何部位的塑性變形為止，此時(shí)，振動(dòng)便不在產(chǎn)生消除和均化殘余應(yīng)力及強(qiáng)化金屬的作用，上述解釋已由大量的試驗(yàn)加以證明。此外，還有些研究者從位錯(cuò)、滑移等金屬理論上加以解釋。