振动时效工艺对材料性能的影响
2025年04月13日 08:17:26
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振动时效工艺对材料性能的影响
在生产实践中发现，振动时效不仅可以消除工件的残余应力，振动时效后工件的强度指标也有很大提高。这就启发我们，对工件进行振动处理，从而使材料得到强化。
振动强化就是使工件受外部循环载荷进行受迫振动，激振力来自激振器的偏心部分。这是一个多自由度、有阻尼系统的受迫振动问题。为了便于分析，我们将系统简化为单自由度、有阻尼系统的受迫振动来进行分析，其力学模型见下图所示。
振动系统力学模型图
其动力学方程为：
可见激振力的大小随偏心距e和转速ω2的增大而增大。因此在实际应用中，通过调整激振器的偏心和转速可以对金属材料工件施加交变动应力，而金属材料在交变动应力的作用下会产生位错运动。
交变动应力从零增大至峰值时，随着外加动应力的增大，金属材料位错被激发，不断释放出新位错，并在障碍物前塞积。不断增大的位错塞积群应力场使其邻近晶粒的位错有发生移动的趋势。原有应力场较大地方的塞积首先得以开通，其应力集中得以释放。
交变动应力从值下降至零的过程中，位错塞积群的平衡状态破坏，大量的位错会由于移动过程中与其它位错交割，位错密度因此而大大增加。随着外加动应力的交变，上述过程不断重复，内应力峰值下降的同时位错不断得到增殖，而位错密度的不断增加有利于材料疲劳强度的提高。
疲劳破坏分三阶段：裂纹萌生、裂纹扩散和瞬时断裂。金属材料的疲劳寿命主要由裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命两部分组成。
裂纹萌生总是先在应力、强度最弱的部位形成，振动处理后由于高内应力得以降低，分布均化，减少了应力集中的影响；同时位错密度增加使滑移带滑移更加困难，从而使裂纹萌生寿命增加。而材料的位错组态变化和位错密度增加，使得滑移运动阻力增大，裂纹扩展所需能量增大，使裂纹扩展寿命增加，从而提高了材料的疲劳强度，使材料性能得到强化。///
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