消除应力的方法

消除应力的方法分为：自然时效法、热时效法、振动时效法、超声冲击法和施加压力法。

自然时效法是去应力设备出现早期普遍使用的一种方法。原理就是把金属工件露天放置三五个月，经过大自然的风吹雨淋，缓慢的释放应力的一种方式。此去除应力的方法经过一年自然时效的工件，残余应力仅下降2～10％，但是却较大地提高了工件的松弛刚度，因而工件的尺寸稳定性很好。但因其时间太长，一般不在实际生产中采用。

热时效是传统的时效方法，它是利用热处理当中的退火技术，通常是将工件加热到500～650℃进行较长时间的保温后再缓慢冷却至室温。在热的作用下通过原子扩散及塑性变形使内应力消除。从理论上讲采用热时效时，只要退火温度和时间适宜，应力可以*消除。但在实际生产中通常认为可以消除残余应力的70～80％，与此同时它能造成工件材料表面氧化、硬度及机械性能下降等缺陷。因此，人们一直在研究更好的方法来消除残余应力。

振动时效是在上个世纪初期产生并发展起来的消除应力新方法。即工件在激振器所施加的周期性外力作用下产生共振，松弛残余应力，获得尺寸精度稳定性。也就是在机械的作用下，使构件产生局部的塑性变形，从而使残余应力得到释放，以达到降低和调整残余应力的目的。但机械作用使应力消除的程度是有限的，不可能*消除。因此振动时效往往是把应力降低（主要是降低残余应力峰值）和重新分布作为主要目的。

振动时效又称振动消除应力，指在通过控制激振器的激振频率，使工件发生共振，让工件产生适当的交变运动并吸收部分能量，以致内部发生微观粘弹塑性力学变化，从而降低工件局部峰值应力和均化工件的残余应力场尤其是表面的应力集中区域，zui终防止工件变形与开裂，保证以后的尺寸稳定精度。它是上个世纪初期开始出现并在五十年代以来获得广泛应用的一项消除应力的新技术。

超声冲击法消除应力也是现如今机械行业领域普遍使用的方法，此方法消除焊缝应力能够达到80%-90%左右，消除应力是非常好的，但是这种方法主要是针对于焊缝来冲击的故对于整体构件的去应力处理还是比较的慢切加工时间很长，多使用与航空航天件、大型船体件等

可见，采用振动时效来调整残余应力的技术是十分简单和可行的。

振动时效之所以能够部分地取代热时效，在实际当中被广泛应用，是与该项技术具有的一些明显的*特征分不开的。

1、投资少适用性强。与传统的热时效相比它无需庞大的时效炉，现代工业中的大型铸件与焊接件越来越多也越来越大，如采用热时效消除应力则需建造大型时效炉，不仅造价昂贵、利用率低，而且炉内温度很难均匀，消除应力效果差。采用振动时效可以*避免这些问题。因此，目前对长达几米至几十米的桥梁、船舶、化工器械的大型焊接件和重达几吨至几十吨的超重型铸件，较多地采用了振动时效。

2、生产周期短效率高。热时效往往需要经过数十小时的周期方能完成，而振动时效一般只需数十分钟即可完成。而且，振动时效不受场地限制可减少工件在时效前后的往返运输。如将振动设备安置在机械加工生产线上，不仅使生产安排更加紧凑而且可以消除加工过程中产生的应力。

3、使用方便。振动时效设备体积小、重量轻，便于携带，我国目前生产的激振器可振动处理300吨以下的工件，但振动装置本身仅重几十公斤。国外生产的可振动处理5公斤至150吨工件的全套振动设备其总重也不过一百公斤。正是由于振动处理不受场地限制，振动装置又可携至现场，所以这种工艺与热时效相比，使用简便，适应性较强，可安排在任何工序之间也可多次进行。

4、节约能源，降低成本，无废渣、废气及辐射等污染。在工件的共振频率下进行时效处理，耗能极小。实践证明，功率为0.25至1马力的机械式激振器可振动150吨以下的工件。其能源消耗仅为热时效的3～5％，成本仅为热时效的8～10％。加之热时效时均需要以煤、油等做为燃料不可必免地要排出大量的废渣、废气等不能够满足越来越高的环保要求。故振动时效已逐渐成为去应力的*选择。

5、机械性能显著提高。经过振动时效处理的工件其残余应力可以被消除20～80％左右，高拉应力区消除的比低应力区大。可提高使用强度和疲劳寿命，而且从根本上防止了金属在热时效过程中产生的翘曲变形、氧化、脱碳及硬度降低等缺陷。还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。

实践证明，振动时效适用于碳素结构钢、低合金钢、不锈钢、铸铁、有色金属（铜、铝、锌及其合金）等材质的铸件、锻件、焊接件及机加工件的应力消除。

当然振动时效也存在着一定的局限性；首先它有一定的噪声特别对于箱形和板形工件时效噪声较大；其次工艺效果在很大程度上取决于工艺员对工件关键部位及需重点去应力部位的理解和现场有效振型的选择；再有，它不适于高压容器、残余应力较小的工件、大尺寸的薄板焊件、薄壁铸件、大部分冷加工件、弹性结构应力为主的工件、刚性过大或尺寸过小的工件。

尽管振动时效有一些局限性但在部分行业和部分材质的零件上的时效效果还是非常显著的。随着人们对振动时效技术的进一步了解，可以逐步减小它的局限现性。如通过对工件采取隔离，或错开工作时间等办法可降低时效的噪声；对于部分不适用激振器进行时效处理的可通过振动平台来进时效处理；以及对相关工艺人员进行培训的方法等等，到目前为止我国已有数千家机械厂在使用振动时效。正是由于振动时效技术的不断发展、经济效果日益明显，才使其应用范围不断扩大。在机械制造、航空、化工器械、动力机械、造船等行业中，铸件、锻件、焊接件及有色合金等材料制造的各类零件均成功地采用了振动时效。振动时效已越来越受到各方面的重视，其应用领域也越来越广阔。