关于振动时效的振动力学分析探讨
超声振动时效的机理及实验研究
２ ０ １ ５年 ３月
ＤＯ Ｉ ： １ ０ ． １ ３ ７ ３ ３ ０ ｄ ｅ ａ ｍ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ２ ０ ９ ５ － ５ ５ ５ ３ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ２ ． ０ １ ６
超声振 动 时效 的机 理及 实验研 究 木
王 壬 炎 ． 王 时 英
（ 太原理工大学机械工程学院 ， 太原市 ， ０ ３ ０ ０ ２ ４ ）
摘 要 ：随 着 小 型 精 密 零 件 的 广 泛应 用 ，消 除 小 型 零 件 的 残 余 应 力 成 为 一 个 重 要 研 究 课 题 。 本 文 提 出 了 采 用 超 声 振 动 对 小 型 零 件 时 效
处 理 。讨 论 了 超 声 振 动 时 效 技 术 消 除 残 余 应 力 的 机 理 。 提 出在 时 效 过 程 中 激 振 应 力 与 工 件 残 余 应 力 之 和 大 于 材 料 疲 劳 极 限 时 ， 即 可 对 残 余 应 力 有 消 除 作 用 。 建 立 了 圆 截 面 杆 件 的 残 余 应 力 计 算 模 型 。试 验 研 究 了激 振 应 力 和 激 振 时 间对 消 除 构 件 残 余 应 力 效 果 的 影 响 。结 果 表 明 ，最 佳 激 振 时 间 为 １ ０ ｍｉ ｎ ～１ ５ ｍｉ ｎ ，工 件 内 残 余 应 力 消 除 率 随 着 振 幅 的 增 大 而 增 加 。
残余 应力 很 大程 度上 是 因为位 错 引起 的 晶格 畸变 的存 在 消 除残余 应 力 的本质 是 给金属 晶粒 以足够 的
能量 。使 其迅 速 回到 平衡 位置 ．从 而减 少 位错 和 晶格
畸 变 。当金 属 晶体 中存在 位错 时 ．则 晶体 中滑 移 面 的
势 能 曲线 会 发生 变化 ．使 位错 中心 附近 的势 能 曲线 压 低 问，从而 位错 运动 变得 更容 易 。正 是 由于位 错 的易 动性 ，使 得 晶体 的塑 性 变形所 需 的 临界切 应力 会低 于
振动时效原理 振动时效特点 振动时效工艺技术
振动时效原理振动时效特点振动时效工艺技术振动时效技术是对工件施加变化的循环载荷来消除和减少内部残余应力。
该技术具有耗能少、效果显著、无污染、处理快速等优点，广泛应用于消除焊接件、重型工件的残余应力。
振动时效原理 振动时效是用激振设备在构件残余应力集中处施加等幅交变循环激振力，构件在共振状态下获得较大的激振动应力，在某个方向上的合应力超过材料的屈服极限，该处会产生屈服变形，引起残余应力松弛并释放出来，使残余应力均匀分布。
这种方法不仅能有效地降低峰值残余应力，而且能使整体残余应力值下降。
下图为金属材料受等幅交变应变εB-εC作用时的应力应变曲线，图中OA为弹性载荷段，构件的初始残余应力为σA，ACB是第一次发生屈服变形后的应力应变曲线。
构件内的总应力超过屈服点而发生变形，在C处残余应力沿弹性卸载荷线CB'下降，经过D点后曲线偏离CB'至B点，完成一次交变应变循环。
经过多次交变循环后，曲线循环稳定为C'E'B”EC'，此时残余应力由σA减小至σE，残余应力减小至稳定的过程就是振动时效宏观机理的直观表示。
要消除或减小工件中的残余应力，必须满足以下条件： (1)构件内部残余应力与激振器施加的激振动应力叠加后的总应力应超过材料屈服极限。
即σ残+σ动σs，其中：σ残为构件内部残余应力，σ动为激振动应力，σs为材料的屈服极限。
(2)随着振动时效时间的增长，构件内部的残余应力会由于发生塑性屈服而下降。
当残余应力降低到与振动应力叠加后等于新的屈服极限时，构件内的将达到平衡，使构件尺寸稳定性得到提高。
振动时效技术的原理及应用
第四章振动时效技术的原理及应用最近十多年来，国内外使用振动处理的方法消除金属构件内的残余应力，以防止构件变形和开裂，代替传统的热时效和自然时效。
这种技术在国外称做”VSR”技术,它是”Vibratory Stress Relief”的缩写，由于这种方法可以降低和均化构件内的残余应力，因此可以提高构件的使用强度，可以减小变形而稳定构件的精度，可以防止或减少由于热时效和焊接产生的微观裂纹的发生。
特别是在节省能源、缩短生产周期上具有明显的效果，因此被许多国家大量使用。
我们在该项技术的机理研究和应用上取得了较大的进展。
一、振动时效工艺的简单程序振动处理技术又称做振动消除应力法，在我国称做振动时效。
它是将一个具有偏心重块的电机系统称做激振器安放在构件上，并将构件用橡胶垫等弹性物体做支撑，如图所示。
通过控制器启动电机并调节其转速，使构件处于共振状态，约经20—30分钟的振动处理即可达到调整残余应力的目的。
图中的振动测试系统是用来监测动应力幅值及其变化的。
实际生产上使用中不需要做动应力监测，振动时效设备本身具有模拟振幅监测系统。
可见，用振动调整残余应力的技术是十分简单和可行的。
二、振动时效工艺特点振动时效之所以能够取代热时效，是由于该技术具有明显的优点。
1、机械性能显著提高经过振动时效处理的构件其残余应力可以被消除20%—80%左右，高拉应力区消除的比例比低应力区大。
因此可以提高使用强度和疲劳寿命，降低应力腐蚀。
可以防止和减少由于热处理、焊接等工艺过程造成的微观裂纹的发生。
可以提高构件抗变形的能力，稳定构件的精度，提高机械质量。
2、适用性强由于设备简单易于搬动，因此可以在任何场地上进行现场处理。
它不受构件大小和材料的限制，从几十公斤到几十吨的构件都可以使用振动时效技术。
特别是对于一些大型构件无法使用热时效时，振动时效就具有更加突出的优越性。
3、节省时间、能源和费用振动时效只需30分钟即可进行下道工序。
而热时效至少需要一至两天以上，且需要大量的煤油、电等能源。
振动时效技术的研究现状与发展趋势
定 频 率 的 循 环 载 荷 。 当 受 到 振 动 时 ， 加 于 零 件 上 的 施
应 力 的 幅 值 与 残 余 应 力 之 和 应 稍 大 于 构 件 的 屈 服 强
面 。 除 了前 面 叙 述 的 宏 观 方 面 的 理 论 ， 微 观 方 面 ， 在 上
传 统 消 除 残 余 应 力 的 方 法 有 热 时 效 和 自然 时 效 。 热 时 效 是 将 工 件 缓 慢 加 热 到 Ａ１ 工 件 内 部 组 织 由 珠 光 （
体 向奥 氏 体 转 变 的 临 界 温 度 ） 下 某 一 温 度 ， 温 一 段 以 保 时 间 ， 后 缓 冷 使 工 件 发 生 回 复 的 工 艺 过 程 ［， 其 前 然 ３但 ］ 期 投 入 较 大 ， 要 专 用 的 加 热 炉 ， 耗 大 ， 率 低 ， 染 需 能 效 污 环 境 ， 易 产 生 新 的 变 形 和 二 次 应 力 。自然 时 效 是 将 构 容 件 长期 放 置 （ 般 六个 月 至 一年 左 右 ）利 用昼 夜 的温 一 ， 差 和 复 杂 多 样 的 “ 境 震 荡 ” 使 构 件 发 生 缓 慢 、 微 的 环 ． 细
能 够 减 小 和 均 化 残 余 应 力 ，还 可 提 高 材 料 的 抗 变 形 能 力 ， 定 尺 寸 精 度 ， ￣ ４ 时效 技 术 相 比 ， 有 节 能 、 稳 与 ＇ ｄ ｚ 具 降 低 成 本 、 短 制 造 周 期 、 高 工 件 尺 寸 精 度 和 降 低 劳 动 缩 提
因 此 对 减 小 和 消 除 残 余 应 力 的研 究 就 显 得 尤 为 重 要 。
在 实 际 生 产 和 应 用 中 ，对 振 动 时 效 技 术 的研 究 主
要集 中在机 理 、 艺和效 果评 定三个 方面 。 工
振动时效原理分析及在大型环框类零件上的应用
振动时效原理分析及在大型环框类零件上的应用
振动时效原理分析及在大型环框类零件上的应用
金属工件在成型过程中,均有可能形成残余应力.在许多情况下,残余应力的存在会对工件的机械性能产生极为不利的影响.本文从振动时效的机理入手,得出消除残余应力的本质途径是给金属原子以足够的能量,使其振动加剧回到平衡位置,从而实现品格畸变的减少;另外振动时效可以使那些处于弹性应力状态的部分实现塑性屈服,从而减少金属的弹性应变量,进而达到减少残余应力的目的.文章还从新一代运载火箭实际工程应用中验证了振动时效的有效性.
作者：刘晓霏 Liu Xiaofei 作者单位：首都航天机械公司刊名：航天制造技术英文刊名：AEROSPACE MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)：2008 ""(6) 分类号：V4 关键词：振动时效位错机理残余应力。
振动时效的有限元分析
振动时效的有限元分析无论在国内还是国外,振动消除残余应力都己经被广泛应用。
目前,振动消除残余应力不但被用在传统的重型机械和大型焊接构件、床身铸件、煤机产品、锅炉制造等方面,而且许多其它行业也开始应用振动消除残余应力技术。
目前,该项技术在铝合金试件、化工设备领域、建筑领域、风机制造等方面都发挥着它的魅力。
本文通过对试件进行振动时效处理,验证了对振动时效机理的分析及振动时效效果的判据。
在此基础上,提出了用有限元模拟振动时效的想法,井作了初步的探讨。
1振动时效前残余应力的有限元模拟有限元分析以试验所用的对接焊薄板为研究对象,试件的尺寸单位为毫米,材质为低碳钢,焊缝与母材材质相同。
我们近似认为它是以焊缝为对称轴,在考虑残余应力时只要考虑焊缝一侧即可。
由于残余应力在沿焊缝方向的分布大致相同,所以将其看成无限大板,分析时选取一部分即可。
图1为模拟振前残余应力的网格划分及加载图。
模型左端为焊缝处,延长度方向10等分,因靠近焊缝处应力较大,故在距左端0.1处进行网格细化。
有限元采用面单元,119个节点,面面之间用强接触处理。
左边和下边单向约束,右边自由,上边加载。
2振动时效的有限元模拟上面通过对模型加载模拟了振动前残余应力的分布,现在要加上激振力,模拟振功时效过程。
图4为模拟激振力的网格划分及加载图,图5为Y方向上的应力。
3结果分析加激振力前后沿远离焊缝方向节点的Y方向应力见表1。
从上表可见,对残余应力的模拟与实际测量的应力值有一致的分布趋势。
加上激振力后残余应力的变化也与实际测量得到的变化趋势一致。
当然,实际的振动时效过程是一个非常复杂的过程,涉及到各种参数的变化以及材料本身各种物理性能的变化。
因此,用有限元来模拟整个振动时效过程是比较麻烦的事情,受到诸多方面因素的影响。
如何模拟振动时效过程使其更贴近实际情况仍需做大量的工作。
4模拟激振力的网格划分及加载图参考文献:[1]孙丰华等.振动时效消除金属工件残余应力效果检测.大连理工大学学报,1994,34(3):28-33.[2]WalkerCAetal.Vibrato Srtess Relief—an Investigation of the Underlying Poreess.Eoll93 IMeeEh.proe.Josut.Meeh.Engrs,1995,209:52-57.[3]房德馨等.金属的残余应力与振动处理技术.大连:大连理工大学出版社,1989.[4]李洪升等.振动时效对焊接构件材料性能的影响.大连工学院学报,1987,26(3):41-50.。
振动时效技术的原理及应用
振动时效技术的原理及应用振动时效技术是一种通过施加机械振动来改善材料性能的方法。
它基于振动对材料微观结构的影响，通过控制振动参数和时效工艺来实现材料性能的优化。
振动时效技术已经被广泛应用于金属、陶瓷、复合材料等领域，在材料制备、强化和改性等方面取得了显著的效果。
振动时效技术的原理主要包括两个方面：物理效应和化学效应。
首先，物理效应是指振动对材料内部结构的改变。
振动能够调整和排布材料的晶格缺陷，如晶格位错、孪晶和晶界等。
振动还能够促进材料中的原子扩散，使得原本困扰材料性能的缺陷部位得到修复。
此外，振动还能改善材料中的晶粒生长，细化晶粒颗粒尺寸，提高材料的力学性能。
其次，化学效应是指振动对材料内部化学反应的促进作用。
振动能够加速材料中的气体和溶液的弥散和成分均匀分布，提高反应速率。
振动时效还能促进化学反应中的质量转移和相界面扩散，加速组分的重分布和形核生长，从而得到更加均匀和细小的相结构，提高材料的性能。
振动时效技术在材料制备中的应用非常广泛。
首先，振动时效可用于材料的强化。
金属材料经过振动时效处理后，晶粒尺寸变小，晶界密度增加，从而使材料的强度、硬度和韧性等力学性能得到显著提高。
此外，振动时效能够提高材料的疲劳寿命和耐腐蚀性能，有效防止材料的疲劳和蠕变失效。
其次，振动时效技术还能够用于材料的改性。
通过振动时效处理，可以改变材料的组织结构和相成分，从而得到具有特定性能的新型材料。
例如，陶瓷材料的韧化处理、固溶体的析出和晶界清洁化等都可以通过振动时效来实现。
此外，振动时效技术在粉末冶金和纳米材料制备中也得到了广泛应用。
振动可以调控粉末粒度和分布，减少颗粒之间的结合能，促进粉末的烧结和致密化。
总之，振动时效技术通过物理效应和化学效应改善材料性能。
其原理在于振动对材料微观结构的调控和材料化学反应的促进。
该技术在材料制备、强化和改性等方面具有广泛应用前景，对于提高材料性能，开发新材料具有重要意义。
振动时效报告
振动时效报告
报告时间：2021年6月30日
报告内容：
为了能够更加保障振动设备的性能和维护，我们进行了振动时效测试。
测试使用了四台振动设备，分别对其进行了24小时的持续振动测试，并在测试结束后进行了数据分析和报告总结。
测试结果表明，四台设备的振动幅值与振动频率均呈现出时效性变化。
具体而言，设备A在测试前的振动幅值为1.2G，振动频率为50Hz。
而在测试结束后，设备A的振动幅值降低至0.8G，振动频率也有所变动，为48.5Hz。
设备B、C、D的变化趋势与设备A大致相似，只是变化幅度略有不同。
进一步分析数据，我们认为设备的振动时效与运行环境、使用频率、设备质量等因素密切相关。
因此，我们建议对设备进行定期的振动测试，并根据测试结果进行相关设备调整和维护，以确保设备的长期性能和可靠性。
结论：
通过本次振动时效测试，我们得出了设备的振动变化规律和时效性变化趋势。
同时也为我们提供了科学、理性的数据支持，以便更好地维护振动设备的长期性能。
报告人：xxx公司技术部
签名：__________。
振动时效机理研究及其工艺参数选择
中，要求外加应力和残余应力的叠加要超过材料 的 起的。也可 以认为 ， 残余应力以一种畸变能的形式存
屈 服极 限 ［ ４ 】 ， 即
ｄ＋ Ｏ＂ ｒ＞ Ｏ＇ ｓ
在于晶体 中。位错在 晶体 中之所 以不能均匀分布 ， 除 了位错塞积之外 ， 另一个重要原因就是位错 的钉扎 ， 位错线的两端被钉扎而不能 自由移动。在外加振 动
Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎｏ ． ２， ２ ０ １ ４
振动 时效机理研 究及 其工艺参数选择
关六 三 ’ 。 程 卫 ｚ
（ １ ． 黄河水利职业职业技术学院， 河南 开封 ４ ７ ５ ０ ０ ４ ； ２ ． 广西大学 ， 广西 南宁 ５ ３ ０ ０ ０ ４ ）
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — １ ２ — ０ ３ 作者简 介： 关六 三（ １ ９ ６ ３ 一） ， 男， 河南人 ， 副教授 ， 研究 方 向： 计算机 应用及 机械制 造 ； 程 卫（ １ ９ ８ ６ 一） ， 男， 浙江 人 ， 研 究生 ， 研究 方向 ： 机械设计 。
２ ０
布 和 峰值 过 高 造成 工 件 抗 变形 能 力下 降 、疲 劳极 限 部 晶格 畸变 的一种 体现 形 式 。
降低 、 以及抗拉性能下降等 。 为了消除残余应力， 传统
工件 中的残余应力不是恒值 ，它们可 以随时间
工艺 中通 常采用热 时效 的方法来加以解决 ，但这种 及 因各种外界作用而变化 。 残余应力的消除或调整 ， 方法的缺点也非常显著 。近年来 ， 在日 益完善 的振动 有靠热作用的方法也有靠机械作用的方法 。热方 法 理论和测试技术的影 响下 ，振动时效正逐步代替热 即普通所说的退火 。机械方法是靠施加静应力或动 时效成为消除残余应力使用最 多的一种方法 。振动 应力 ， 使残余应力减小或再分布。当施加的外力和残 时效作为一种 比较新颖的时效工艺， 其优点是非常明 余应力 叠加超过材 料 的弹性极 限并引起 塑性变 形
振动时效机理及装置的原理
振动时效机理及装置的原理一、振动时效机理振动时效是指在材料加工过程中，通过对金属进行高频振动处理，使其晶粒细化并提高强度和硬度的一种热处理方法。
其主要机理包括以下几个方面：1. 晶界迁移：由于振动作用下，晶界处发生微小位移，从而促进了晶体之间的相互滑移和扩散。
2. 动态再结晶：在高温下进行振动处理可以促进材料内部的再结晶现象，并且由于外力作用下形成了更多的活性位错源点，有利于再结晶颗粒尺寸更小。
3. 去除残余应力：由于金属经历了各种变形加工后会产生残余应力，在振动时效过程中这些应力得到释放或消除。
4. 相变反应：某些合金在特定条件下可能会发生固溶体析出或其他相变反应，在振动时效过程中也能够得到有效控制。
二、装置原理为实现上述机理所描述的功能，在实际操作中需要采用专门设计的装置来完成。
常见的装置类型包括以下几类：1. 按摩式设备：该设备通常采用电子驱动器将样品放入容器内，并通过震荡板等方式施加周期性运动以达到目标功率密度值。
优点是易于操作且适用范围广泛；缺点则是受限于容器大小及样品数量等因素。
2. 旋转式设备：该设备通常采用圆筒型容器，并通过电子驱动器将其旋转以达到目标功率密度值。
优点是可同时处理大量样品；缺点则是难以控制不同区域温度差异较大问题。
3. 轨道式设备：该设备通常采用环形轨道并配有电子驱动系统，可根据需要调整速度和角度等参数以达到目标功率密度值。
优点是具有良好稳定性和均匀性；缺点则是造价较高且使用复杂。
总之，在选择合适的装置类型前需充分考虑自身需求及预算情况，并确保选取最佳方案以获得最佳结果。
振动时效试验探究
Ｋ ｅ ｗｏｒ ： ｂ ａｏ ｔｅ ｓＲｅｉｆＴｅ ｔＰｒ ｃ ｓ ｙ ｄｓＶｉｒ ｔ ｒ Ｓｒ ｓ ｌ ； ｓ； ｏ ｅ ｓ ｙ ｅ
在 传统 的 机械 加工 过程 中，一 些 细长 件在 加 工后 往往 会 存在 很 大 的应力 ，导致 工件 产 生应 力变 形 ，影 响 工件 的加 工 精度 ，甚 至 报废 。因此 ，必 须对 加 工 中的工 件进 行 去应 力 处理 。 传 统 的去 应力 方法 是采 用 自然 时效处 理 或热 处 理， 但是 这两 种 方法 都存 在 着 明显 的不足 之 处 ： 自然 时效 处理 的 周期 很长 ，且 需 要 占用大 量 的场 地来 存放 工 件 ， 因此 不能 满足 一些 工业 上 的 生 产 要求 ；热 处 理工 艺 由于存 在 着对 大 型件 和 大批 量 生产 难 以处理 及 费用 高 、 能耗大 、环 境 污染 严重 等 缺 点 ，也越 来越 引起 人 们 的 不 满 。基 于此 ，一种 新 的 去应 力方 法 ：振 动时 效法 就 应运 而生 了。 振动 时效 简 介 振 动 时效 是将 激振 器 固 定在被 处 理 工件 的适 当位 置 上 ，根据 工 件 的大 小和 形状 调 节激 振力 ，使得 工件 在 交变 运 动时 吸收 部 分 能量 ，引起 工 件 内部 组织 发 生微 观弹 塑 性力 学变 化 ，从 而 降低 工 件 的局 部 峰值 应力 和均 化 工件 的残 余 应 力场 ，最 终 达到 防止 工件 的变 形与 开裂 ，并保 证后 续加 工 精度 的 目的 。但 目前对 工件 进 行 振 动 时效 时 的工 艺参数 还 不完 善 ，很 多 工厂 都是 凭借 工 人 的经验 来 判 断振 动 时效 的工 艺参 数 （ 幅 ，频 率 ，振动 时 间 ，振动 效 果 振 等 ）而 研究 者在 进 行试 验 时往 往 不能够 获 得 工厂 所需 要 的确 切 的 。 振 动 工艺 过程 ，因此 ，有 必 要对 振动 时 效 的进行 一 个完 整 的试 验 探 究 ， 以研 究 其合 理 的工 艺试 验 过程 。 二 、振 动时 效试 验设 备
振动时效设备的原理是怎样的
振动时效设备的原理是怎样的振动时效设备使用了振动的原理来改善材料的性能，主要应用于金属材料的热处理中。
这种设备能够对材料的组织结构和物理性能进行调整，从而获得理想的材料特性。
振动时效设备的基本原理振动时效设备的基本原理是利用振动来促进材料的变形和晶粒成长。
这种装置通过引入一定频率和振幅的机械波动，使材料的原子或分子产生变形和运动，从而加速材料在热处理过程中的变化。
振动时效设备通过振动作用加速了材料在热处理过程中的扩散过程，使晶界运动更加剧烈，从而能够促进材料中的固溶体的析出和晶粒的成长。
同时，振动还可以导致晶粒的合并和重组，提高材料的晶界能量，改善晶粒的稳定性。
振动时效设备的工作原理振动时效设备主要由振动源、材料夹持装置、加热系统、传感器等组成。
在工作时，先将要处理的材料放入材料夹持装置中，然后通过加热系统对材料进行加热，直到达到所需的温度。
接着，打开振动源，使材料受到振动作用。
通过合理的振动频率和振幅设置，可使材料的组织结构和物理性能得到准确控制和调整。
振动时效设备的控制参数主要包括振动频率、振动幅值、处理时间和处理温度等。
其中，振动频率和振动幅值是影响材料性能的关键因素。
通过对不同振动频率和振动幅值的试验，可以找到最佳的控制参数，获得理想的材料特性。
振动时效设备的应用振动时效设备在航空、汽车、机械制造等领域广泛应用。
这种设备可以应用于金属材料的热处理中，如固溶化、析出、相变等。
例如，在铝合金制造中，振动时效设备可以促进固溶体的析出和晶粒的成长，从而改善铝合金的强度和韧性。
另外，振动时效设备还可以应用于其它材料的处理中，如陶瓷、塑料、橡胶等。
这些材料的热处理通常需要长时间的高温处理，而振动时效设备可以通过加速材料的扩散过程，大大缩短处理时间，提高生产效率。
总结振动时效设备是一种利用振动来改善材料性能的高效、经济的设备。
其原理是利用机械振动来加速热处理过程中的扩散过程，促进固溶体的析出和晶粒的成长，从而得到理想的材料特性。
机械制造中振动时效的理论与实践
机械制造中振动时效的理论与实践1振动时效的理论振动时效工艺，国外称为“VSR”方法。
是利用亚共振原理消除和均化金属结构内部残余应力，获得结构尺寸精度稳定的一种新技术，可取代传统的热时效和自然时效工艺，具有节能高效、节资省时、适应性强、使用方便、清洁生产的优点。
振动时效消除应力速度快，成本比通常的热处理方法降低90％，此外，还可使焊件、铸件或机加工件的尺寸偏差缩小1倍～2倍。
它可以广泛用于机械制造行业对铸锻件、焊接件进行时效处理，具有显著的经济效益和社会效益。
振动时效是在激振器所产生的周期性外力——激振力作用下迫使工件在其共振范围内产生共振，在此过程中，当周期性载荷δd+δr>δs时，在工件内残余应力的高峰值处产生局部屈服，引起微小塑性变形，使得工件内部残余应力高峰值降低并使残余应力重新均化分布，从而达到强化金属基体、增强抗变形能力、提高工件尺寸精度稳定性的目的。
振动时效从作用上讲是以机械能形式给工件提供振动能量，增大金属内部原子的振动幅度，加快畸变晶格排列趋于平衡，振动时效从形式上讲是通过对工件施加略低于材料屈服极限的动应力，人为造成工件“变形”提前发生，从而获得工件在其精加工之后不再发生变形的效果。
这是振动时效保证工件精加工后尺寸精度稳定的根本原因。
总的来说，振动时效就是利用共振来迫使金属晶格滑移，促使工件内部残余应力释放。
因为共振所产生的机械能在单位时间内远比热时效和自然时效大得多，所以释放应力的速度比二者也快得多。
2振动时效的效果评定振动时效的效果评定方法有3种：(1)振动参数曲线观察法，(2)残余应力检测法，(3)尺寸稳定性检测法。
通过理论分析和试验证明，由于残余应力下降，最终使结构的阻尼减小，弹性模量降低，从而使固有频率下降、频带宽减小和振幅上升。
因此用这些参数评价残余应力是否下降是较可信的，但如果工件结构复杂，某些子结构在一些相位和方向上进行的不同于主结构的振动必然会影响到拾振器，从而影响幅频曲线的形貌，这些影响要加以考虑。
时效的分类以及振动时效
时效的分类，振动的时效以及原理 时效的定义：指金属或合金工件经固溶处理，从高温淬火或经过一定程度的冷加工变形后，在较高的温度放置或室温保持其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。
一般地讲，经过时效，硬度和强度有所增加，塑性韧性和内应力则有所降低。
含碳较高的钢，淬火后立即获得很高的硬度，但其塑性变得很低。
而铝合金淬火后，强度或硬度并不立即达到峰值，其塑性非但未下降，反而有所上升。
经相当长时间（例如4~6昼夜）的室温放置后，这种淬火合金的强度与硬度显著提高，而塑性则有所下降。
这种淬火合金的强度和硬度随时间而发生显著变化的现象，叫做时效。
时效的分类：时效分为人工时效和自然时效和振动时效三种，室温下进行的时效叫自然时效，在一定温度下进行的时效叫人工时效。
时效处理是把材料有意识地在室温或较高温度存放较长时间，使之产生时效作用的工艺。
第三种方式是振动时效，从80年代初起逐步进入使用阶段，振动时效处理在不加热也不像自然时效那样费时的情况下，给工件施加一定频率的振动使其内应力得以释放，从而达到时效的目的。
时效处理的目的，消除工件的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等。
振动时效的原理：宏观机理：从宏观上分析，振动时效时所加激振力相当于给工件施以交变应力，交变应力-应变特性曲线如下图所示。
在周期性振动外载作用下，构建上所产生成都交变动力与内部某些点的残余应力相互叠加，达到或超过材料的屈服极限，即S δδδ≥+残动时，这些点处将会发生微小的塑性变形，改变了构建原有的内应力场，最终使构件的残余应力降低并得到调整。
经过一段时间循环后，工件材料的当量屈服强度上升，直到与所受到的应力相等，工件内部不再产生新的塑性变形，工件的弹性性能得到强化，从而使工件的几何尺寸趋于稳定。
微观机理：从微观上分析，振动时效就是给金属构建提供机械能，因金属具有将机械能转变成热能的性质，即使在S δδδ≤+残动时，也会产生微观的塑性变形。
其机理为：由振动输入的活化能使位错移动，在位错塞积群的前沿引起应力集中而产生塑性变形；同时，迁移的位错切割位错群，以致位错相互钉扎，材料基体得到强化，使松弛刚度增加，工件获得尺寸稳定性。
冶金机械振动时效技术运用分析
关键词：振动时效技术；冶金机械；运用在冶金机械设备的生产过程中，存在着大量的焊接等过程。
这使得机械设备在开始运行之后，焊接过程中存在的应力将使机械设备的稳定运行受到极为严重地影响。
当前的生产过程中，热处理法是消除应力的常用方法，但这种方法的时间及资源消耗过大，难以取得有效的结果。
由此振动时效技术得到了生产人员的广泛推崇。
一、振动时效技术的相关概念（一）振动时效技术振动时效技术指在振动时效设备的支持下，金属工件内部产生持续时间为0.5h左右的亚共振振动，从而消除工件内部的残余应力，防止金属工件在盈利的影响下发生变形或开裂，增加工件的使用寿命。
这种技术现今已被广泛应用于对铸件和焊接件的时效处理中。
其原理为技术人员以共振的方式给工件施加应力，从而使工件内部形成施加应力与残余应力的叠加，并通过材料内部的摩擦吸收能量。
当吸收的能量达到某一限度值时，工件就会产生一系列微观或宏观的塑性力学变化，从而降低工件内部的残余应力，使工件的稳定性和尺寸精度得以显著提高。
由此可以得出，振动时效本质上是在金属工件上以共振形式施加的交变应力。
通常情况下，冶金机械工程所用的构建大多具有应力集中存在的微观缺陷。
但在共振状态下，金属工件内部的交变应力与残余应力产生叠加，并在达到阈值后产生塑性形变，从而提高金属工件的强度。
这种应力叠加的现象会在金属工件内部循环发生，直至工件内部的残余应力被完全消除，使金属工件的质量得以显著提高。
（二）振动时效工艺振动时效工艺的流程较为简单。
首先将工件用胶垫支撑起来，随后用专业的激振器与测振器来辅助工作，确保振动时效工艺的稳定运行。
同时，在全自动技术的支持下，技术人员便可以更为简便的运用这一技术。
首先，技术人员在振前寻找共振峰，自动设备会在确定共振峰后自动选择最佳的共振点，并自动将时效曲线打印下来，痛死进行振后扫频，确保振动工艺的运行质量。
从工艺过程中进行分析，工件在数以万计的亚共振振动下会产生最大限度的围观塑性变形，从而使工件内部的残余应力被充分释放，保证了工件的使用质量。
振动时效的原理及应用
振动时效的原理及应用1. 振动时效的概念振动时效是一种应用振动技术促进材料结构和性能变化的方法。
它通过给材料施加一定的机械应力，使材料分子间产生微小位移和相对位移，从而改变材料的内部结构和性能。
振动时效在材料学、工程学及相关领域中得到广泛应用。
2. 振动时效的原理振动时效的原理基于以下几个方面：2.1 分子位移振动时效通过施加机械应力引起分子的微小位移和相对位移。
这种位移可以在材料的结晶层、晶粒界面和晶格内部发生。
2.2 晶格变形振动时效使材料的晶格产生不规则的变形，如晶格的压缩、拉伸、扭曲等。
这种晶格变形改变了材料的晶粒尺寸和晶界结构，进而影响材料的性能。
2.3 晶界扩散振动时效在晶界区域引起高密度的晶界位错和位错堆积，导致晶界区域的原子扩散速度加快。
这种扩散可以改变晶界的结构和化学组成，进而影响材料的性能。
3. 振动时效的应用振动时效在多个领域中有着广泛的应用，以下列举了其中一些典型的应用场景：3.1 金属材料的强化振动时效在金属材料的强化中起到重要作用。
通过振动时效，可以改变材料的晶界结构和晶粒尺寸，从而增加材料的强度和硬度。
这种强化方式被广泛应用于航空航天、汽车制造和机械工程等领域。
3.2 材料的锻造和热处理振动时效可以显著改善材料的锻造和热处理过程。
通过施加振动应力，可以促进材料中的位错移动和晶界扩散，增加材料的塑性和韧性。
这种方法在金属材料的锻造和热处理中得到了广泛应用。
3.3 材料的组织调控振动时效可以通过改变材料的晶粒尺寸、晶界结构和原子扩散等方式，实现对材料组织的精确调控。
这种组织调控可以改善材料的性能，提高材料的功能性和可靠性。
3.4 超声波清洗振动时效在超声波清洗中发挥着重要作用。
超声波振动可以通过产生微小的泡沫和涡流，破坏和清除材料表面的污垢和沉积物。
这种清洗方式被广泛应用于半导体制造、光学仪器和生物医学等领域。
3.5 超声波检测振动时效在超声波检测中也具有重要应用。
超声波振动可以通过产生声波信号和反射波，评估材料的结构和性能。
超声振动时效机理分析及试验研究
中 国 农 机 化 学 报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｍ ｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ
ＶｏｌＩ ３７ Ｎｏ．２ Ｆｅｂ． ２Ｏ１６
超 声 振 动 时 效 机 理 分 析 及 试 验 研 究 ＊
杨 铭 伟 ， 王 时 英
ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｍ ｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ， ２０１６， ３７（２）： ７Ｏ～ ７４
０ 引 言
零件 在加工制造过 程 中，内部 残余应 力 的产 生是 不 可避免 的 ，残余应力对 构件 的疲 劳破 坏 、应 力腐蚀 、脆性 破坏 和尺寸稳定 性 等都 有 影 响 。尺 寸 稳 定性 对 精 密 小 型零件 而言更是 至关重要 ，因此消 除残余 应 力是不 可 或 缺 的一道 重要工序 。目前 ，消 除残余 应 力主要 方法 是 热 时效 和振 动 时效 ，热 时效 工艺 需 要建 造 大 型 的加 热 炉 ， 不仅造价 昂贵 、耗能 高 、效率 低 ，且 加热 炉 内的温度 很难 均匀 ，消 除应 力效 果 不稳 定 ，还严 重 污染 环 境 。 由于 热 时效 的这 些缺点 ，该 工艺也在逐 渐 地被振 动 时效工 艺代 替［１］。国内对振 动 时效 的研 究 主要 集 中 在低 频 振 动 时 效 ，低 频 振 动 消 除 残 余 应 力 是 利 用 零 件 共 振 的 原 理 ，零 件在共振 时获得较 大动应力 ，当动 应力 与 内部 的残 余应 力叠加后 超过材料 的屈服应 力时 ，金属 内部 位错塞 积 开 通 ，引起 缺陷 区大 量 位错 滑移 ，位 错 滑移 使 零件 内部 暂 时平衡 的弹性变形 变为塑性 变形 ，应 力集 中处 的应 力 变 小 ，残 余 应 力 峰 值 下 降 ，位 错 密 度增 大 ，使 零 件 尺 寸稳 定［２］。由于低 频 振动 的频 率 范 围在 Ｏ～ ２００Ｈｚ之 间 ，而 小型零件 一阶 固有 频率都超 出 了低频 范 围，所 以低 频振 动不能 消除小型零 件 内的残余 应 力 ，为此 提 出 了超 声振 动时效 。 由于超声 振动频率 较高 ，可 以对 固有频率 较 高 的小 型零 件有效 地进行振 动时效处理 。
振动时效工艺振动频率的确定
振动时效工艺振动频率的确定在共振状态下，可用最小的振动能量，使工件产生最大的振幅，得到最大的动应力和动能量，从而使工件中的残余应力消退的更彻底，工件获得的尺寸稳定性效果更好。
振动时效中的共振状态，是在外部激振器激振力的持续作用下，零件处于"受迫振动'时的一个特别状态。
它的条件是激振频率接近工件的固有频率，这时振动特性中的振幅频率曲线消失了一个峰值，振幅的徒然增大对振动时效产生附加动应力有利。
工件在振动时效时是一个振动体，它与其支撑用的弹性橡胶垫和激振器组成为一个振动系统，当该系统进行自由振动时，依据振动学原理，它的共振频率仅与系统本身的质量、刚度和阻尼有关。
这个频率是由系统固有性质所打算的，称为固有频率。
振动频率中一个工件和它的支撑体组成振动学中一个质量和一个弹簧的振动系统，它的固有频率可用下列通式表示：图4-1示出了某均质等截面粱弯曲振动时的频率及相应的振型。
由振动频率的方程解及上图可知，具有几个自由度的振动系统，有几个固有频率，按低至高频挨次分别称为：第一固有频率（基本固有频率）；其次固有频率..。
对于每一个固有频率都有一个确定的位移形态，称为振型，就是说，对应每一个固有频率都有对应的一个振型。
工件的固有共振频率可用振动时效设备本身来测定，以HK93系列振动时效为例，只要按一下掌握器面板上的"扫描'按钮，整套装置就会在其扫频范围内查找出被时效工件的固有振动频率，并将固有频率值、固有频率下所对应的工件的最大振动加速度值及工件在固有频率四周的振动趋势图打印出来，使操一目了然。
振动时效工艺中振动频率一般选择在共振峰前沿，即工件的亚共振区，一般确定在共振峰高度的1/3~2/3所对应的频率范围内，假如所示，该工件的固有共振频率为4500r/min,共振时产生的最大振动加速度（峰值）为60.0m/s,则对工件的振动时效频率就确定为工件的振动加速度值在20.0~40.0m/s区域内所对应的频率。
超声波振动时效
超声波振动时效超声波振动是一种利用超声波在物质中传播的振动波动，具有广泛的应用领域。
超声波振动时效是指在超声波振动作用下，物质的材料性能和结构发生变化的过程。
本文将从超声波振动的原理、应用领域、影响因素以及时效机制等方面进行探讨。
一、超声波振动的原理超声波是指频率超过人耳听觉范围20kHz的声波，其振动形式是由质点的周期性振动和相邻质点之间的传导形成的。
超声波以高频高能量的方式传递，能够产生机械振动和声波热效应。
超声波振动的原理主要包括声波的传播、幅度的变化和波长的特性。
超声波在物质中传播时，会产生机械振动。
当超声波传导到物质中时，其振动会引起物质分子、原子和离子的位移和相互作用，从而改变物质的性能和结构。
二、超声波振动的应用领域超声波振动具有广泛的应用领域，主要包括材料加工、化学合成、生物医学、环境保护等方面。
在材料加工方面，超声波振动可用于金属焊接、塑料焊接、热处理、表面改性等工艺过程。
超声波振动能够提高材料的加工效率和质量，减少能耗和环境污染。
在化学合成方面，超声波振动可用于溶液混合、催化反应、晶体生长等过程。
超声波振动能够促进化学反应的进行，提高反应速率和产率。
在生物医学方面，超声波振动可用于医学成像、治疗和药物传递等领域。
超声波振动可以对人体组织进行非侵入性检测和治疗，具有安全、无创和高效的特点。
在环境保护方面，超声波振动可用于水处理、废气处理、固体废弃物处理等过程。
超声波振动能够去除水中的污染物、分解有机物和净化空气等，具有环保和节能的优势。
三、超声波振动的影响因素超声波振动的效果受到多种因素的影响，包括频率、振幅、能量密度、介质性质等。
频率是指超声波振动的周期性，不同频率的超声波对物质的作用效果不同。
通常情况下，高频率的超声波具有更强的能量和更小的波长，对物质的影响更明显。
振幅是指超声波振动的幅度大小，振幅越大，超声波的能量越强，对物质的作用效果越显著。
能量密度是指单位体积内超声波所携带的能量，能量密度越高，超声波对物质的作用效果越明显。
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关于振动时效 的振动 力学分析探 讨
杜佩 明 ，何 尚文
郑州大学力学与工程科学学院 ， 河南郑州
４ ５ ０ ０ ０ １
摘 要 工程材 料 在加 工 过程 中存 在 残余 应 力 ， 振动 时效便 是 削减 残余 应 力 的一 种 方 法 它通 过 外加 振动 使 其 与 工件 内部 残余 的内应 力 矢量和超 过材 料屈 服强 度 ， 利 用材料 发生 的微 量塑 性 变形 来减轻 材料 内部 的 内应 力。 本文从 材 料 内部 的残余应 力 出发 到外加 激振 力对 振动 时效 进行 振动 力 学的分 析和 讨论 ， 对 振动 时效 工 艺的选 择有 一 定的 参 考 价值 。 关键 词 振 动 时效 ； 振动 力 学 ； 分 量 中图 分类 号 Ｇ ３ 文 献标 识码 Ａ 文章 编号 ２ ０ ９ ５ － ６ ３ ６ ３（ ２ ０ １ ７ ）０ ６ － ０ ０ ０ ４ － ０ ２
４ 振动 时效 中的激 摄 力和激 摄 时 间
振 动 时效 中 的激 振 力 来 源 于 偏 心转 子 在 电机 中产
Ｏ
２ 图 １
所 以此 时 消 除 残 余 应 力 效 果 也 比较 好 。 但 由于 一 个 多 自 由度 系统 有 多个 固有频 率 ， 所 以使 系 统共振 时 有 多个 自 由度 可供 选择 。但 最 终 的激 振 频率 的选 择 要 以残 余应 力 的分布 状态 为依 据 ， 并要 考虑 结构 的振 型 。
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２ 振动 时效 中 的屈服极 限
振 动 时 效理 论 在 进 行 均 化 和减 弱 结 构 构 件 上 的 残 余 应力 时 ， 常 常会 使用 共振 动应 力和 构件 残余 应 力相 加 大 于构 件 屈服 应力 极 限的 公式 一般 情况 下 ， 发 生共 振 情 况 的材料 构件 上 的某 一个 区域 都会 产生 动应 力和 残 余 应 力 的叠加 ，如果 大于 屈服 极 限 的不等式 成立 ， 那 么 构 件 会 由于形 变 的原 因促 进构 件本 身 残余应 力 的释放 ， 但 若把不等式 中的屈服极限看作基本概念层面的理解 ， 那 么 这 个 等 式显 然 是 忽视 了构 件 应 变 效率 后 得 出 的结 果 。 由材料力学的相关知识知道 ， 不同材料构件的屈服极限 和 应 力 的瞬时 值 并非 一成 不变 ， 而 会 随着 材 料应 变效 率 的增加 而增 加 ， 这就 是振 动时 效下产 生 的应变 效率 反应 。
即振 动 时效 中的屈 服极 限有 着动 态 和静 态 的 区别 ， 而 理 论 中 的屈服 极 限往往 指 的是 静态 ， 因此 这种 方法 不适 用 于 加载 速度 变化 较大 的构 件 。
３ 振 动频 率的选 择
振 动 时 效 技术 是 在 外 加 激 振 力 的 响 应 下 实 现消 除 内部 残 余 应 力 的 ， 这 就 要 考 虑 激 振 频 率 的 选 择 。 由上 面 的 内 容得 知残 余 应 力对 固有 频 率 也会 产 生 一 定 的影 响， 所 以对振 动频 率 的讨 论 显得 便尤 为重 要 了 。振 动 时 效 的工作 系 统是在 共 振 的状态 下 工作 的 。即要 求 阻尼 比 丫 ＝ ∞ ／ ∞ 值 为 １ ， 其 中 ∞为外激 振频率 ，（ ＾ ） 为 构 件 固有 频 率 ，可 由振动 力 学的 相关 知 识求 解到 。 由图 １中 可 以看 出共 振时 ， 可 用较 小 的外 激力 产生 较 大 的振 幅 和
振 动 时效 英 文缩 写 为 Ｖ Ｓ Ｒ ，由于本 身 具有 其他 相 关 工艺 技术 没有 的 综合 性优 势 ， 因此 被广 泛应 用于 相 关 的 工业 行业 领 域 。首先 是在 铸造 构件 上得 以应 用 ， 之 后普 及 到低碳 钢材 料 焊接 件 ， 再 到 目前 较为 先进 的合金钢 结 构 、不锈 钢 结构 以及 其他 金属 的合 金材 料 ， 在其 锻 造与 构件 的焊 接 过程 中都 得 到 了成功 的使用 。振 动 时效 在应 用 的过程 中具有 明显的综 合 效果 。所 以振 动力 学分 析 需 要 明确 工艺 理论 以及 构 建疲 劳状 态 ， 针 对 结构 复杂 性特 点 分析 残存 应力 作 用 ， 同时 能够 对 刚度分 布状 况形 成 大 致 了解 。通 过不 同应 力 作用 下 的微观 塑 性能 够对振 动 进 行 一 定的分 析 。
动 应 力。
监
ｘ ５
１ 摄 动时 效 中的残余 应 力
构 件 承 受 荷 载 时 ，由于 残 余 应 力 的 存 在 ， 件某 些 部位 提前 达 到屈服 强度 并产 生塑性 变 形 。 然 而如 果继续 增加 荷载 ， 只有 截 面弹 性 区承受 增加 的荷 载 ， 塑 性 区的应 力不 再增 加。所 以 ， 残余应力不影响构件强度 。但 由于产生 了塑 性变 形 ， 故 构件 的 刚度 和稳 定性 将有 所 降低 ， 同时将 降 低 其抗 冲击 断裂和 抗疲 劳破 坏 的能 力 。此外 ， 理 论和 实 验研究表明构件 内残余应力的存在 ， 对构件的固有频率、 阻尼 等 参数 将 产生 影 响 ｕ 。原机 械部 颁 发 的振 动 时效 工艺 参数 选 择及 技术 要求 中规 定 ， 当振 幅频 率 曲线 出现 振 后 的峰值 点 ， 即可判 定 为 出现 了振 动时 效效 果 ， 由 此推 断 出振动 时效 过程 中构 件 固有 频 率发生 了变 化 。