空军某厂的关于振动时效与退火时效的对比报告

有一个对产品出厂有较大影响的问题一直困扰着我们，那就是能源高消耗问题。我们通常在生产的各类产品中，有许多是钢结构组焊件，并且其中有相当一部份组焊构件要进行残余应力处理，当前的手段均采用传统的热时效，而这种手段的能源消耗就相当的高。

基于上述情况，为了降低能源成本，本文结合当今市面上正在兴起的一种新节能的、快捷高效的、环保实用的时效方法―振动时效方法，与传统的热时效方法从各个方面作粗犷的对比分析，以推测振动时效方法是否适用和能否降低能耗等，并体现这一方法本身的优点。

一、 时效的机理对比

关于振动时效的机理，目前学术界在这一领域中尚无系统的、满意的解释。本文只从宏观和微观方面提出一些看法和分析。大致情况如下：

振动时效是在共振条件下对组焊工件施以循环应力的作用，抵消或调整工件的内部残余应力，进而稳定工件的尺寸变形。工件的残余应力可分两种，其一是较广的均一状态的宏观应力，其二是在金属晶体内和晶界间等较窄范围内处于非均一状态的微观应力。当把各个单件组合体看成是一个均衡体时，宏观应力是处于均衡状态下的弹性应力，处于亚稳态。当进行拼组、焊接成一体后或机加工等时，形成了对工件外部施加的约束应力和金属晶体内部出现的位错、各类缺陷及其晶界非均衡分布等因素形成的变形应力。此时若对工件实施机械振动时，经体内的位错运动产生滑移线，晶体发生微观的塑性变形，同时，工件内部的残余应力得以松弛和各方向偏移后，可达到稳定组焊工件尺寸的目的。

对于热时效的问题，已经有相对固定的、令人信服的理论。

工件经组焊后，对工件实施退火时（这里只说去应力退火），将工件随炉缓慢加热到500~650℃（＜A1=），经一段时间保温后，随炉缓慢冷却（50~100℃/h）至300~200℃以下出炉。在加热到最高温度时，正是“C曲线”的“鼻尖”附近，此时，出现晶格重构和铁、碳原子扩散现象，钢组织主要仍以珠光体形式存在，其片状得到细化，机械性能高，这一阶段其残余应力明显减弱。故而这一过程可作时效去应力处理。

通过以上分析，振动时效只是将工件的内应力松弛、应力曲线滑移和各方位的偏向，从而消弱工件内部的残余应力大小，实现减小工件的尺寸变形。这种方法对工件的机械性能并无改变，工件表面无氧化现象；热时效则是晶格重构和原子的扩散，实现应力减弱，进而减小工件的尺寸变形。这种方法因片状珠光体更加细化，从而能提高工件的机械性能，工件表面出现更多氧化层。

二．两种方法时效后的机加工工序情况

对于相同的工件，采用两种不同的时效手段，时效后的机械加工工序大致相同，因此，就机加工所发生的工时和成本方面应大致相同。而工件表面处理方面有点区别，对热时效后的工件喷砂快；振动时效的工件喷砂则相对要慢些。

三．时效的成本对比

这里我们先假定对某机械设备工件进行时效处理，按设计重量计算（实际上工件的时效重量是大于设计重量的），其左、右箱体共10个，共重约1945Kg，其它时效件约678 Kg，合计2623Kg。

首先从振动时效的情况分析，假定采用HTY-01K3设备，其功率2.2Kw,单件逐个进行时效时，共需时效14次，每次时效时间为40分钟，共计560分钟，用电20.5度，转变成电费18.86元/台（白天按0.92元/度计）。其间由一个工人负责管理和操作，共计12小时左右（正常情况1.5天）完成所有时效工作。若全年生产类似机器200台，则电费为：18.86×200=3772元。然后从热时效的情况分析，假定采用目前的电热退火炉，其功率150 Kw。如果冷炉升温至650℃时，空炉约4小时，消耗电约600度，转变成电费378元（深夜平均按0.63元/度计）。就工件而言，其升温到650℃时，其吸收的热能为：

根据公式Q=CM(T2―T1)，其中C=480J/Kg℃，假定T=25℃时，

Q=480×2623×(650―25)

=7.869×108 (J)

热效率η=98%时，热量实际为Q

Q实=Q×(100+2)%

=8.026×108 (J)

根据单位换算1J=1/3.6×10 Kw℃知，折算电能度为：

8.026×108÷3.6×106≈223（度）

转变成电费140.5元（深夜平均按0.63元/度计）

每项共计电费378+140.5=518.5元/台，该费用是冷炉计算得到的。

热时效与振动时效电费差值为（518.5―18.86）元/台≈500元/台。

若全年生产类似机器200台，那么，热时效电费为：518.5×200=103700元/年

两种时效情况对比可见，振动时效的电能耗是相当低的，而热时效则相当高，年消耗量的电费差值已大于十万元。

参考一些资料发现，振动时效不仅适用于焊接结构件的时效，同样也适用于铸铁、铸钢件和轧钢件等的时效处理。由此推论，该时效方法可适用于伸缩缝型钢和盆式支座的中间钢板、顶板、底盆等工件的时效处理，同时，对新开发的铁路支座仍然适用。

四．设备情况分析

热时效退火炉已建成使用，设备投入资金已超过7.2万元，这里不包含定期更换的炉内发热丝和其它的使用维护费，其附加费用也不少。

振动时效的设备在构件厂还未引入，假定HTY-01系列振动时效设备，其价位在3-5万元。据厂家提供的情况，其振动电机连续工作1000小时左右后，对电机可进行检修，如果人为损坏，无法修复时，单独购买电机约每台1万元左右，其设备主要部件寿命不低于5年。

五．工件时效后情况分析

两种时效处理，既有共性又有个性，其共性之处是两者时效工件后，均能实现目的，但均有个别工件在机加工过程中出现轻微变形现象，据分厂方面反映，过去帮对方热时效的箱体也有变形情况，构件厂也遇到过类似问题。