超声振动时效消除残余应力的必要性

更新时间：2020/8/14  点击数：2017

本文主要介绍了残余应力造成的危害，以及超声振动时效消除残余应力的科学机理。

1.为什么必须消除残余应力？
构件在生产过程中由于热变形、装配等工艺会给构件内部引入残余应力，而残余应力的存在会影响产品的精度， 尺寸稳定性， 严重的还会引起构件在后续加工过程中产生变形和断裂等。

影响构件的刚度
一些承载梁构件， 由于不均匀变形或化学物理变化等原因使构件内部产生了残余应力， 而这部分构件在实际的生产运用过程中，作为承载件，必然会受到外力的作用，而按照德国学者和提出的理论， 当构件受到外力作用时， 这部分外载荷与构件内部已经存在的内应力相互叠加， 当他们的共同作用超出承载梁材料的屈服极限时， 相应的屈服部分就会发生局部的塑性变形， 而这发生塑性变形的部分就会不参与承载梁的承载作用， 这会大大降低承载梁的结构刚度。

影响构件的疲劳强度
构件在进行热处理时， 不同部分发生不同的热变形， 由于构件的形状不同， 在冷却过程中产生的残余应力是不可控的， 一般在构件较薄的位置受到压应力的作用， 而构件较厚的位置受到拉应力的作用， 而在构件较薄的位置一般会产生较大的内应力，而当这部分内应力峰值大到超出材料的屈服极限时， 就会影响构件的疲劳强度， 而当构件受到外部循环载荷作用时，通过应力叠加现象， 会造成构件内部释放应力导致构件产生疲劳裂纹， 这会大大降低构件的疲劳强度。

引起构件的脆性破坏
对于微观残余应力， 它是指在构件的局部或很小范围内， 存在于晶粒之间的一种内应力平衡现象， 表面看起来构件没有变化， 但是当发生某些特殊情况，如环境温度的急剧下降、急剧的外载荷施加、断面受载荷等情况，这部分平衡的内应力的情况将会打破，这部分失衡的内应力释放会引起构件的局部幵裂，最终导致断面的破坏，引起脆性破坏。

影响构件的尺寸稳定性
构件在装配过程中，会引入残余应力，这时候残余应力的引入会影响构件的尺寸稳定性， 尤其是对于一些较为精密的零件， 这种残余应力的存在对于零件的精度影响有时是不可忽视的， 正如本论文讨论的导电游丝的内应力的消除，就是由于装配过程中会为导电游丝引入内应力， 而这存在的内应力会使加速度计在没有数值输入时便存在偏差误差，这肯定会影响飞机加速度计的精度。

2.超声振动时效如何消除残余应力？

超声振动时效消除残余应力的宏观机理为构件内部存在的残余应力与施加的超声交变循环激振应力叠加，且叠加之和满足超过构件屈服极限的条件，此时构件会因为发生塑性变形而达到释放残余应力的目的，但随着超声激振应力的施加， 构件内部的残余应力不断释放并稳定在一个新的平衡， 构件的尺寸稳定性也得到明显提高。

金属材料内部存在残余应力， 此时材料内部晶体会发生位错运动， 晶体在位错运动时还存在塞积现象， 位错运动中处于领先的部分接触到晶界、不可动的位错等阻碍物时，将会在受到阻力而停止位错运动， 而领先部分的停滞会影响其后所有的位错晶体， 最终形成塞积群。此时如果能通过引入超声振动时效的交变超声激振应力使其合力能共冲破阻碍物的阻饶，使塞积得到开通，最终实现应力的释放。