GB/T 25712-2010 振动时效工艺参数选择及效果评定方法

　　ICS 25. 120. 30 J 61

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 25712—2010

　　振动时效工艺参数选择及

　　效果评定方法

　　Vibratory stressrelieftechnology—

　　Parameterselection and effectevaluation methods

　　2010-12-23发布 2011-07-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 25712—2010

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准由中国机械工业联合会提出 。

　　本标准由全国铸造机械标准化技术委员会(SAC/TC186)归 口 。

　　本标准起草单位 :济南西格马科技有限公司 、济南铸造锻压机械研究所 。

　　本标准主要起草人 :汤小牛 、刘久明 、卢军 。

　　Ⅰ

　　GB/T 25712—2010

　　振动时效工艺参数选择及

　　效果评定方法

　　1 范围

　　本标准规定了振动时效工艺参数的选择及技术要求和振动时效效果评定方法 。

　　本标准适用于以碳素结构钢 、低合金钢 、不锈钢 、铸铁 、有色金属(铜 、铝 、钛及其合金) 等材质的铸件 、锻件 、焊接件 、模具 、机加工件的振动时效工艺及其装置 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 25713 机械式振动时效装置

　　3 术语和定义

　　GB/T 25713中界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　全程扫频和局部扫频 span scanning & localscanning

　　时效装置从最低转速到当前偏心矩下最大转速全范围内扫频称全程扫频 。

　　时效装置在当前偏心矩下某一段转速范围内扫频称局部扫频 。

　　3. 2

　　振型 vibration mode

　　工件受某一频率激励产生共振 ,在其某一点位移达到最大值的瞬间 ,工件各点的位移形成的线或面称为振型 。

　　3. 3

　　节点和节线 vibration node & vibration nodalline

　　工件共振时 ,振型上振幅最小处称为该振型的节点 ,简称节点 。

　　节点连成的线称为该振型的节线 ,简称节线 。共振时 ,工件可能有多个节点或节线 。

　　3. 4

　　振型有效区 effectivearea ofvibration mode

　　工件共振时 ,在工件相邻节线之间或相交节线所围区域内 ,其动应力等效值在该区域内动应力等效值峰值的 0. 707倍以上的区域称为该振型的振型有效区 ,简称振型有效区 。

　　3. 5

　　有效频率和有效振型 effectivevibration frequency & effectivevibration mode

　　工件以某频率共振 ,若其振型有效区能覆盖工件被重点关注区域或其残余应力较大区域 ,则该频率对应的振型称为有效振型 ,该共振频率称为有效频率 。

　　3. 6

　　时效频率 egingfrequency

　　当选定某一有效振型对工件进行时效时 ,为使振型有效区的动应力等效值峰值达到一定数值 ,在该

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　　GB/T 25712—2010

　　有效振型对应的有效频率的亚共振频率区内具体选择的激振频率称为时效频率 。

　　3. 7

　　残余应力等效值 equivalentresidualstress

　　在平面残余应力场中 ,为方便比较各点残余应力大小或判定某点的屈服状态 ,可把二维状态的残余应力等效成一维残余应力 ,然后直接用它去对各点进行比较或评判屈服状态 ,该一维残余应力即残余应

　　2 为残余(等效值)应,力最(记为)σ小(-), 力σ1,单·为(+)兆2·帕σ2(M-P(σ)1a。,其中 ,σ1 为残余应力最大主应力 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　3. 8

　　残余应力水平 residualstresslevel

　　在工件某区域内按一定原则选取多个检测点 ,这些点的残余应力等效值的平均值称为该区域的残余应力水平 ,单位为兆帕(MPa) 。

　　3. 9

　　应力消除率 ratio ofstressrelief

　　域残余应力水平(某区域的应)10(消)= (时效前该区域残余应力水平 -时效后该区域残余应力水平)/时效前该区

　　3. 10

　　应力均化率 rateofstressleveling

　　在某区域的所有检测点中 ,对残余应力等效值大于该区域残余应力水平的每一个点 ,用其残余应力等效值减去该区域 残 余 应 力 水 平 , 所 有 差 值 中 的 最 大 值 称 为 该 区 域 的 残 余 应 力 离 散 度 , 单 位 为 兆 帕(MPa) 。

　　时效前该区域残余应力离散度 ×100% 。

　　时效后某区域的应力均化率= (时效前该区域残余应力离散度 -时效后该区域残余应力离散度)/

　　4 工艺参数选择及技术要求

　　4. 1 振前分析

　　4. 1. 1 根据工件的结构 、尺寸 、材质 、时效要求 、残余应力场分布 ,分析判断工件时效时所需有效振型 ;必要时分析工件的工况 、工作应力大小与分布及其失效形式 。

　　4. 1. 2 工件不应有超过标准规定的缩孔 、夹渣 、裂纹及虚焊等缺陷 。

　　4. 2 振前准备

　　4. 2. 1 在预测的有效振型的节线附近弹性支撑工件 ,支撑点应尽量少 ,工件的支撑应平稳 、安全 。

　　4. 2. 2 特殊工件的支撑以振动阻力小且平稳为准 。

　　4. 2. 3 激振器应固定装在工件的刚性较大且位于端角或边缘处 。

　　4. 2. 4 加速度传感器应固定在远离激振器且位于工件端角或边缘处 。

　　4. 3 确定工艺参数

　　4. 3. 1 从 0%偏心矩开始 、以 10%为间隔 、依次由小到大 ,每次进行全程扫频 ; 当工件出现较明显的共振后 ,停止调整偏心矩 。

　　4. 3. 2 以可出现共振的偏心矩进行全程扫频 ,找出该偏心矩下最大转速范围内所有共振频率 。然后 ,把激振器转速调到每个共振频率处 ,观察并确认该共振频率对应的振型 、节线及振型有效区 ;根据工件残余应力分布或重点关注区确定该工件时效所需的有效振型 、有效频率及扫频范围 。

　　4. 3. 3 按有效振型 ,把支撑点调整到节线处 ;把加速度传感器调整到工件上有一定刚性且振幅较大处 ,把其测试方向调整到与振型有效区所在平面垂直 ;把激振器调整到工件刚性较大且振幅较大处 、且使其

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　　GB/T 25712—2010

　　旋转轴与振型有效区所在平面平行 。

　　4. 3. 4 以有效频率激振工件 ,再次调节偏心矩 。调节的原则是 :装置不过载且工件被关注部位产生的动应力等效值的峰值介于该部位工作应力等效值峰值的 1/3~ 2/3之间 。

　　4. 4 时效处理

　　4. 4. 1 对工件进行振动 ,在准备时效的有效频率左右 ,进行振前局部扫频 ,打印该有效频率的振前局部扫频曲线 。

　　4. 4. 2 在有效频率的亚共振区选择时效频率振动工件 。该时效频率下工件被关注部位动应力的等效值峰值应介于该部位工作应力等效值峰值的 1/3~ 2/3之间 ;或者 ,在不使工件产生疲劳损伤前提下 ,铸件选择(10~40) MPa,锻件 、焊接件 、机加工件选择(20~ 80) MPa。

　　4. 4. 3 用时效频率振动工件并打印时效频率下的时效曲线 ;或以初始时效频率下加速度值为一固定值并使该加速度值在时效过程中保持不变 ,打印跟踪曲线 。

　　4. 4. 4 需要用多阶有效频率振动时 ,应打印每次的时效曲线或跟踪曲线 。

　　4. 4. 5 对工件时效过的有效频率进行振后局部扫频并打印局部扫频曲线 。

　　4. 4. 6 有些工件可作多点激振处理 。是否调整支撑点 、传感器安装位置由用户根据工艺要求决定 。

　　4. 4. 7 时效时间确定 :

　　当 a-t曲线或 n-t曲线出现 5. 1. 2 中 a)或 b) 或 g) 的情况后让电动机再持续旋转 3 min后结束时效 。一般累计振动时间不应超过 40 min。

　　4. 5 振动台时效

　　4. 5. 1 对于无法直接激振及有特殊要求的工件 ,应选择振动台时效 。

　　4. 5. 2 按 4. 1. 1对工件做振前分析 ,根据工艺要求装卡 ,可选择工件在振动台上悬臂 、单个工件与振动台固定 、多个工件之间以串 、并联方式联结再与振动台固定成一个整体等联结方式 。

　　4. 5. 3 装卡系统应方便 、快速 、牢固 ,装卡应避开节线 。

　　4. 5. 4 按振动台与工件组成的整体振型支撑 、装卡 、试振 。

　　4. 5. 5 进行振前扫频 、时效 、振后扫频并打印相关曲线数据 。

　　4. 6 悬臂时效

　　4. 6. 1 对某些弹性支撑方式共振频率基频较高的工件 ,可选择悬臂方式降频 。

　　4. 6. 2 按 4. 1. 1对工件做振前分析 。

　　4. 6. 3 将工件需重点时效的一端固定在高刚性 、大质量的物体边缘 ,激振器 、传感器固定在另一端 。

　　4. 6. 4 按 4. 3 确定工艺参数 。

　　4. 6. 5 进行振前扫频 、时效 、振后扫频并打印相关曲线数据 。

　　4. 7 串联时效

　　对某些弹性支撑方式共振频率基频较高的工件 ,可选择多件串联方式降频 ,然后完全参照 4. 1~ 4. 4进行 。

　　5 效果评定方法

　　5. 1 参数曲线观测法

　　5. 1. 1 可根据振动时效中打印的时效曲线(a-t 曲线) 或跟踪曲线(n-t 曲线) 或振后 扫 频 曲 线(a-n 曲线)相对振前扫频曲线的变化来监测时效效果 。

　　GB/T 25712—2010

　　GB T 25712 201

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　　5. 1. 2 当与时效频率相关的曲线出现下列情况之一时 , 即可判定该时效频率的振型有效区覆盖的工件区域已达到了时效效果 :

　　a) a-t曲线上升后变平 ;

　　b) a-t曲线上升后下降然后变平 ;

　　c) 振后 a-n 曲线加速度峰值比振前升高 ;

　　d) 振后 a-n 曲线的共振频率比振前降低 ;

　　e) 振后 a-n 曲线的带宽比振前变窄 ;

　　f) 振后 a-n 曲线的共振峰有裂变现象发生 ;

　　g) n-t曲线下降后变平 。

　　5. 2 工件尺寸稳定性检测法

　　可将振动时效后工件与不时效或热时效工件进行下列项目之一的比较 :精加工后精度 、长期放置精度 、加动载荷后精度 、切割释放变形 ,结果应达到工艺要求 。

　　5. 3 残余应力检测法

　　5. 3. 1 可在时效前及时效后利用盲孔法或 X射线衍射法对工件进行残余应力测试 、对比 。

　　5. 3. 2 可根据工艺要求取多个应力检测区 ,也可根据预测按残余应力主应力取向 、正负或幅值分类取多个应力检测区 。

　　5. 3. 3 每个应力检测区 ,被振工件时效前 、时效后的残余应力检测点数均应大于 5个 。

　　5. 3. 4 检测点应处于至少一个已实施的时效频率对应的振型有效区 。

　　5. 3. 5 对于盲孔法 ,测试时 ,应把钻孔工艺针对工件具体材质引起的附加应变去除 ,还应考虑应变释放随时间的影响 ;检测点在 10倍盲孔直径范围内的应力梯度不应太大 , 时效后测点与时效前测点间距应在盲孔直径的 5倍到 10倍之间 。

　　5. 3. 6 在对工件时效前后的残余应力分布通过列表 、绘图等方式进行分析 、比较时 , 除采用最大主应力 、最小主应力及最大主应力方向外 ,还应采用残余应力等效值 、残余应力水平 、应力消除率 、应力均化率等概念 。但是 ,对某一个应力检测区 ,若时效前该区域残余应力水平小于工件材质的屈服极限的1/5,则不计算该区域应力消除率 ;若时效前该区域残余应力离散度小于工件材质的屈服极限的 1/5时 ,则不计算该区域应力均化率 。

　　5. 3. 7 时效后 ,至少有一个应力检测区 :残余应力水平应该变低 ,焊接件的应力消除率应大于 30% ,铸件 、锻件 、模具 、机加工件的应力消除率应大于 20% ;或者 ,应力均化率应大于 20% 。