LY12鋁合金彈性體冷熱加工殘余應(yīng)力及其消除工藝
LY12鋁合金彈性體冷熱加工后的殘余變形,主要是由熱處理和機(jī)械加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力而引起的,它直接影響傳感器的零點(diǎn)和靈敏度穩(wěn)定性。研究冷熱加工殘余應(yīng)力的產(chǎn)生、降低與釋放規(guī)律,對(duì)鋁合金稱重傳感器的研制、‘!產(chǎn)具有重要意義。LY12鋁合金熱處理樸產(chǎn)生的殘余應(yīng)力主要來自兩個(gè)方面.!!,、冷時(shí)因彈性體表面與心部溫度差而導(dǎo)致m你應(yīng)力和強(qiáng)化相析出而導(dǎo)致的相變應(yīng)力,兩者兩比熱應(yīng)力占有主導(dǎo)地位。機(jī)械加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,在本文的第二個(gè)問題中已有明確分析,主要是刀具接觸點(diǎn)前方區(qū)域的塑性凸出效應(yīng)、刀具接觸點(diǎn)下區(qū)域的擠光效應(yīng)和熱效應(yīng)等影響的疊加。降低和消除冷熱加工殘余應(yīng)力的方法有機(jī)械法和熱處理法兩種。機(jī)械法主要是循環(huán)加載、超載靜壓和脈動(dòng)疲勞等。熱處理法主要有以下三種。1反淬火法國(guó)內(nèi)也稱深冷急熱法。其工藝方法為將冷熱加工后的彈性體置于溫度為一196C的液氮中,待冷透后(或保溫12小時(shí)后)迅速轉(zhuǎn)移到沸水之中,最好用新生的高速蒸氣噴射。
因?yàn)樯罾浜图睙岙a(chǎn)生的應(yīng)力方向相反而互相抵消,從而達(dá)到釋放殘余應(yīng)力的目的。國(guó)外有關(guān)資料表明,采用液氮沸水法可降低殘余應(yīng)力50%,采用液氮高速蒸氣噴射法可降低殘余應(yīng)力84%。o冷熱循環(huán)法這是從航天飛行器里I一Y12鋁合金精密零組件尺寸穩(wěn)定性處理工藝中移植過來的消除殘余應(yīng)力的有效方法。航天鋁合金精密零組件多在機(jī)械加工工序間,安排多道冷熱循環(huán)穩(wěn)定處理工序。鋁合金彈性體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,尺寸較小,只進(jìn)行一道冷熱循環(huán)穩(wěn)定處理即可。工藝實(shí)踐證明,上限溫度為190℃,下限溫度為一78℃,冷熱循環(huán)三次穩(wěn)定處理后,殘余應(yīng)力下降量達(dá)40%左右。當(dāng)采用△T)300℃的冷熱循環(huán)穩(wěn)定處理工藝時(shí),即一196℃義4小時(shí)/l90℃又4小時(shí),循環(huán)三次,可使殘余應(yīng)力下降9。%左右,并且組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,微塑性變形抗力高,尺寸穩(wěn)定性好。冷熱循環(huán)穩(wěn)定處理的規(guī)律是:隨循環(huán)次數(shù)的增加,殘余應(yīng)力降低幅度增大,三次循環(huán)處理后,殘余應(yīng)力趨于穩(wěn)定;冷熱循環(huán)處理的溫度間隔越大,處理后殘余應(yīng)力的下降幅度也越大;冷熱循環(huán)處理的上限溫度越高,降低殘余應(yīng)力的幅度越大,而且急冷比緩冷的效果稍大些。
因此,冷熱循環(huán)穩(wěn)定處理的最佳工藝為:一196℃義4小時(shí)八90℃丫4小時(shí),循環(huán)三次。冷熱循環(huán)穩(wěn)定處理消除殘余應(yīng)力之所以有如此明顯的效果,一是因?yàn)樯舷逌囟仍跉堄鄳?yīng)力變化過程中起重要作用。當(dāng)加熱時(shí),原子熱運(yùn)動(dòng)能量增加,點(diǎn)陣畸變減小或稍失,內(nèi)應(yīng)力降低。溫度越高,原子熱運(yùn)動(dòng)越大,塑性越好,越有利于殘余應(yīng)力釋放。二是因?yàn)槔錈釡囟忍荻犬a(chǎn)生的熱應(yīng)力與殘余應(yīng)力互相作用,使殘余應(yīng)力重新分布,獲得殘余應(yīng)力下降的效果。同時(shí)冷熱交變的結(jié)果,也使彈性體內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,形成比較穩(wěn)定的位錯(cuò)結(jié)構(gòu),達(dá)到穩(wěn)定尺寸的目的。?恒溫時(shí)效法恒溫時(shí)效既可消除機(jī)械加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,也能消除熱處理引入的殘余應(yīng)力。LY12鋁合金在200℃恒溫時(shí)效時(shí),時(shí)效時(shí)間與殘余應(yīng)力消除的關(guān)系表明,保溫24小時(shí),可使殘余應(yīng)力下降50%左右,時(shí)間繼續(xù)加長(zhǎng)效果不明顯。實(shí)驗(yàn)證明,再提高溫度對(duì)殘余應(yīng)力的消除有明顯作用,但機(jī)械性能下降較大。因此,選擇恒溫時(shí)效方法,必須根據(jù)傳感器的使用條件、準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性要求,確定合適的恒溫時(shí)效溫度,一般多采用190℃又24小時(shí)的恒溫時(shí)效工藝。此工藝在保證機(jī)械強(qiáng)度基本不變的前提下,殘余應(yīng)力降低45%左右。
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