高頻微觀激振時效技術

  一般的振動時效激振頻率在200Hz 以內,而高頻微觀激振時效指的是采用高頻機械振動信號(頻率大于1kHz)激勵構件,使構件晶體發生“局部微觀共振”(即微觀晶粒或亞晶意義上的共振),以此讓因位錯而處于亞穩定狀態的晶粒獲得能量而劇烈運動,克服周圍晶粒束縛回到原先更加穩定低能的平衡位置上,從而使構件內部微觀位錯減少,削弱或消除宏觀殘余應力,實現振動時效的意義與目的。

  該工藝的優點是:

  傳統振動時效機理是由于周期性振動輸入,金屬位錯發生滑移使晶體微觀塑形變形,內部應力場改變,使殘余應力得以重新分布,峰值下降。因位錯塞積開通、滑動容易使晶粒破碎形成亞晶界,這一過程將導致位錯密度升高,由此提高金屬的臨界切應力,從而使余下位錯不再易滑動,工件尺寸穩定。

  而高頻振動時效與此不同,其高階共振機理使得位錯密度減小,晶粒本身回到幾乎無應力的原始狀態,消除殘余應力效果更明顯,也將獲得更加可靠的尺寸穩定性;同時,根據機械振動模態分析理論,物體的高階模態比低階模態振型具有更多的節點及峰值與谷值。高頻激振激發出的晶粒高階模態,使得金屬材料在整體上能量均勻分布,內應力也更加均化;再者,高頻激振時效是一種微觀激振,對于構件來說,振幅小,產生的宏觀變形量也極小,不易導致因時效處理帶來的工件破壞與損傷;此外,高頻激振裝置一般體積較小,不僅便于處理大型構件的微小結構處,更加能夠適用于微型構件,使得振動時效技術的應用面得以拓展。

  高頻激振時效設備的研發在我國起步較晚,但也已形成了一些技術成熟產品。總的來看,應用形式主要集中于超聲時效技術,低于超聲波頻率范圍的高頻激振時效應用并不多見。分析其原因,在于高頻激振時效的機理研究尚未做到量化程度,時效處理效果的判定尚無確切標準,加之超聲時效技術的突出優勢,使得一般意義上的高頻振動時效難以獲得較大推廣空間。