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谈电机铸件的时效处理

 电机技术日参 2020-10-17
时效,是指在一定时期内能够发生的效用。金属或合金,在一定温度下,通过自然时效或人工时效,保持一段时间,由于过饱和固溶体脱溶和晶格沉淀,会使金属或合金强度逐渐升高。

金属时效处理,是指金属或合金工件,经固溶处理、高温淬火或一定程度的冷加工变形后,在较高温度或室温放置,保持其形状、尺寸和性能,随时间而变化的热处理工艺。一般地讲,经过时效,金属硬度和强度有所增加,而塑性、韧性和内应力也有所变化。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。

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,使之产生时效工艺,其目的在于消除工件的内应力,稳定组织和尺寸,改善机械性能等。

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。若采用将工件加热到较高温度,并较短时间进行时效处理的时效处理工艺,称为人工时效处理。若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象,称为自然时效处理。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。
铸件时效处理的三种方式
对于铸铁件来说,人工时效就是热时效。也就是一种能够快速降低铸件内应力的退火工艺。时效现在有三种方式:自然时效、人工时效、振动时效。
自然时效和热时效,即工件露天长时间放置,由于温度的自然变化以及其它环境变化使工件的尺寸日趋稳定。一般说来这需长达两年的时间。用木锤敲击工件,用风握直接振动等,在实际生产中都有应用,有人认为用机械施加工件即相当于加速自然时效,这种方法在国外早有专利。

它的基本原理就是采用激振器的周期外力——激振力的作用下,使之与工件发生共振。从而获得相当大的振动能量,这种能量可以和热能相比的、共振中交变的初应力与残余应力相叠加,驱使工件产生更大的振动,发生局部屈服,使晶体内部错位和晶界产生微观滑移,引起微量塑性变形,促使大量错位一部分钉轧在杂质上,另一部分聚集到晶粒间界上,另外还有一部分错位获得足够大的能量,可以穿过晶界而进入另一个晶粒内,这样从总体看工件的残余应力得到松弛或均化,在宏观上表现为尺寸稳定、刚度、耐腐蚀性、耐疲劳性提高,金属内耗下降,塑性得到改善。由于晶粒内位错大量聚集在晶界和杂质上,所以造成各个晶粒内应力的完全—不均匀性,使微观应力提高。由此错位处在更大的大型应力场内,滑移阻尼增大,所以位错再滑移是非常困难的。

振动时效消除残余应力就是将激振器紧紧固定于工件上施加机械振动,工件放置于橡胶块或者其他弹性支撑上,以防止地面对振动的阻尼作用,振动频率通过控制器控制调节电机转速获得,频率通常在167HZ以内,整个设备消耗电能很低,一般不超过1KW,对于大多数工件,15分钟振动即可消除或均化应力,使工件尺寸稳定精度提高,处理的工件重量从几十公斤到上百吨。

振动时效技术又称“振动消除应力法”,国外简称“VSR”技术。它的实施过程是通过振动时效装置的控制系统控制激振器的转数和偏心作用在工件上产生离心力,使工件发生共振(谐振),让工件需时效部位产生一定幅度、一定周期的交变运动,并吸收能量,经过一定时间的振动引起工件微小塑性变形及晶粒内部位错逐渐滑移,并重新缠绕钉扎使得残余应力波消除和均化,防止工件变形和开裂,从而达到提高工件尺寸精度稳定性,增强工件的抗变形能力和提高疲劳寿命。

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