铝合金厚板的振动时效装置及试验研究

论文摘要

振动时效作为一种残余应力消除技术,由于具有耗能少、时间短、效果显著、无污染等特点,近年来在黑色金属领域得到了广泛应用。随着铝合金等有色金属的大量使用,将振动时效技术应用到有色金属之上,已经迫在眉睫!1本文在分析前人研究成果的基础上,从应力—应变机制和塑性细观力学角度阐述了铝合金厚板振动消除应力的本质是:在宏观上,振动时效表现为一种塑性变形而产生的应力松弛;在微观上则表现为位错的移动,晶粒的细化过程,从而提高了机械性能。2对铝合金厚板振动时效的几个基本选择参数进行讨论,得出在亚共振频率下,当动应力与残余应力叠加大于材料的微塑性变形力,且动应力小于不对称循环的持久极限时,时效将发生作用;在宏观上表现出残余应力大幅度下降的条件是动应力与残余应力叠加大于材料弹性极限。3根据工件的特殊要求和试验室的基本条件,利用电动式激振器成功设计了一套振动时效系统。此系统采用PC控制,并制作了特殊的信号源,实现了时效过程的自动化。4分别利用电动式激振器和机械式激振器对不同的试件进行振动时效试验,采用时效曲线和小孔法测残余应力相结合的方法对振动时效效果进行检测,试验结果显示振动时效技术应用到有色金属上同样有着明显的效果。同时通过对动应变信号进行离线分析和工件振动前后的金相观察,验证了第1点对铝合金厚板振动时效机理的解释。最后,对本研究进行了总结并为以后开展这项研究提出了建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源与研究的意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 振动时效技术在国内外的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 振动时效技术的应用情况
• 1.4 振动时效技术存在的问题
• 1.4.1 振动时效机理的研究
• 1.4.2 振动时效效果的评价
• 1.4.3 振动时效设备的研制
• 1.4.4 振动时效工艺的制定
• 1.5 本课题的研究内容和方法
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 课题的研究方法
• 1.6 本章小结
• 第二章 铝合金厚板残余应力的产生及其机械消减机理研究
• 2.1 铝合金厚板残余应力分析
• 2.1.1 铝合金厚板残余应力的形成过程
• 2.1.2 铝合金厚板淬火后的残余应力场
• 2.2 拉伸法消除残余应力
• 2.2.1 拉伸法消除残余应力的机理
• 2.2.2 拉伸法去除铝合金厚板残余应力的效果
• 2.3 振动时效消除铝合金厚板残余应力的机理分析
• 2.3.1 应力应变机制分析
• 2.3.2 塑性细观力学分析
• 2.4 振动时效对材料性能的影响
• 2.4.1 振动时效对抗变形能力和尺寸稳定性的影响
• 2.4.2 振动时效与工件疲劳寿命的关系
• 2.5 本章小结
• 第三章 铝合金厚板振动时效工艺及其效果评价研究
• 3.1 振动时效基本参数的选择原则
• 3.1.1 激振力的选择原则
• 3.1.2 激振频率的选择原则
• 3.1.3 铝合金厚板的振动时效时间选择原则
• 3.2 铝合金厚板工艺参数的选定
• 3.2.1 工业铝合金厚板
• 3.2.2 试验室铝合金厚板
• 3.3 振动时效过程中动应力的检测
• 3.3.1 动态应变信号的数字处理
• 3.3.2 动应力测量的理论推导
• 3.4 小孔法检测残余应力
• 3.4.1 残余应力测量的基本原理
• 3.4.2 钻孔法检测残余应力的基本步骤
• 3.4.3 残余应力测量的误差分析
• 3.5 铝合金厚板的支承考虑
• 3.6 振动时效效果曲线判别分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 铝合金厚板的振动时效装置设计
• 4.1 试验系统的基本要求
• 4.2 试验系统的总体设计方案
• 4.3 试验系统的硬件设计
• 4.3.1 信号发生器的设计
• 4.3.2 电动式激振器、功放的选择
• 4.3.3 残余应力检测仪器的选用
• 4.3.4 动态应变仪的选用
• 4.3.5 其它硬件的选用
• 4.4 试验系统的软件设计
• 4.4.1 信号源的软件设计
• 4.4.2 采集分析程序设计
• 4.5 机械式振动时效装置
• 4.6 本章小结
• 第五章 铝合金厚板的振动时效试验研究
• 5.1 试验目的
• 5.2 总体试验方案设计
• 5.2.1 试验材料
• 5.2.2 铝合金厚板振动时效的检测方案设计
• 5.2.3 试验工艺
• 5.3 淬火─拉伸铝合金厚板试验分析
• 5.3.1 动应力分析
• 5.3.2 试验效果评价
• 5.4 动应力对铝合金厚板影响的试验分析
• 5.4.1 工件的试验效果评价
• 5.4.2 振前、振后金相观察对比
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的主要研究成果