[发明专利]一种确定超声振动时效工艺参数的方法

说明书

确定超声振动时效工艺参数的方法，其特征在于：采用有限元数值模拟技术和正交试验法相结合的方法确定超声振动时效的工艺参数；首先采用有限元数值模拟技术对超声振动时效工艺开展研究，确定超声振动时效工艺包含的主要工艺参数；然后采用正交试验法制定超声振动时效实验方案，开展实验研究，得到超声振动时效工艺参数的确定方法。采用本发明提出的一种确定超声振动时效工艺参数的方法确定超声振动时效的工艺参数，能够解决超声振动时效工艺所包含的主要工艺参数尚不完善和超声振动时效工艺参数的确定仍然主要依靠经验的难题，最终确保工件经过超声振动时效处理后能够获得稳定的时效效果。

技术领域

本发明涉及振动时效技术领域，特指一种确定超声振动时效工艺参数的方法。

技术背景

振动时效技术，是通过振动，使工件内部残余应力与附加振动应力之和超过材料的屈服极限，材料内部产生微量塑性变形，从而使材料内部残余应力得以降低。振动时效技术具有处理效果好、处理时间短、环境污染小、能耗低、易于现场操作等特点，属于高效节能绿色环保的时效处理技术；在二十一世纪振动时效技术具备了取代传统热时效技术的可能。因此，对振动时效工艺开展研究具有非常重要的工程应用价值，能够为振动时效技术的推广应用提供技术支持。

振动时效的工艺直接影响其消除残余应力的效果，是振动时效技术领域研究的一个重点。振动时效的工艺参数主要包括激振频率、激振动应力以及激振时间。

(1)激振频率

对于振动时效激振频率的确定，主要依据的是传统的扫频法，即首先对时效工件进行扫频激振处理，找出其在扫频范围内最大的共振峰，确定工件的共振频率；然后确定工件的亚共振区，在亚共振区内选择共振峰值的1/3～2/3所对应的频率为振动时效的激振频率。

(2)激振动应力

对于激振动应力的确定方法，主要是依据振动时效的宏观机理进行展开的，即激振器产生的动应力的幅值与残余应力之和应大于时效工件的屈服强度，而动应力的幅值应小于工件的疲劳极限；尹河迟、陈立功等学者提出，对于时效工件的激振动应力的取值范围一般应为(抗拉强度-屈服极限)/3～屈服极限/3；何闻等学者研究高频振动时效工艺时，对于激振动应力的选取主要依据的是加速度振级，但是并未提到加速度振级的确定方法。上述研究表明，对于激振动应力的选取还存在较大的主观性，主要是依靠经验。对于时效工件进行超声振动时效处理时，主要采用超声振动幅值来表征激振动应力，但是对超声振动幅值的确定方法也是主要靠经验。

(3)激振时间

目前在超声振动时效工艺实践应用中，通常采用以下两种方法确定振动时效的激振时间：①按时效工件的重量；②按时效工件振动时效处理过程中的振动响应，当加速度曲线出现上升后变平、上升后下降然后变平等现象后在持续振动时效处理3～5min即可。一般累计振动时效处理的时间不应超过40min。

综上所述，目前对振动时效工艺参数的制定还存在着较大的主观性，主要是依靠经验来确定具体的工艺参数值，导致振动时效工艺在应用中，经常会出现残余应力消除效果不稳定和不理想的情况，因此有必要对振动时效工艺开展进一步的研究，得到振动时效工艺参数的确定方法，为振动时效工艺的推广与应用提供技术支持。此外，传统振动时效技术是将激振设备(即可调速电机)固定在工件上，对工件进行整体激振，而超声振动时效技术是将超声变幅杆与工件表面接触，对工件进行局部超声振动时效处理，表明超声振动时效技术与传统振动时效技术在对工件激振处理方式上存在差异，即超声振动时效工艺包含的工艺参数理应与传统振动时效技术有所区别，但是目前对于超声振动时效的工艺开展研究时，也是局限在研究激振频率、激振动应力以及激振时间三个工艺参数对超声振动时效效果的影响，对于工艺参数的确定也主要依靠经验。综上所述，为了获得理想的超声振动时效效果，有必要对超声振动时效工艺包含的主要工艺参数开展进一步的研究，同时对超声振动时效工艺参数的确定方法开展深入的研究。