CN102080154A - 快速消除金属材料残余应力的新方法 - Google Patents

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Abstract

一种快速消除金属材料残余应力的新方法，用电网作电源，通过交-直-交变频方式，在电感元件产生一个高频、高磁场强度的空间，让待处理的金属材料置于该空间中，构成闭合高频磁路的一部分，让高频交变的磁力线经金属材料组织形成闭合。本方法中的高频磁场是通过电力电子器件与单片机的配合，通过交-直-交变频方式，在电感元件上产生。这是目前电能转换效能最高的技术，产生的磁场强度大，消除残余应力的作用时间短，节能效果特别明显。该方法适应所有的铁磁性材料的金属加工工艺方法、工艺手段后形成的残余应力的去除。

Description

快速消除金属材料残余应力的新方法
技术领域：本发明涉及金属材料在加工过程中形成的残余应力的去除方法，特别是一种快速消除金属材料残余应力的新方法。
背景技术：目前，金属材料在加工过程中不可避免的残余应力去除方法一般有：自然失效、机械振动、人工失效及冷、热处理手段。这些手段虽能去除一定的残余应力，但实现过程的时间较长，需数月、数天，能耗很高，而且存在去除均匀性及效果参差不齐，是影响金属零件质量的一大因素。
发明内容：本发明的目的在于提供一种快速消除金属材料残余应力的新方法，利用该方法，在高频、高磁场强度的作用下，金属材料中的残余应力在数分钟内得到消除，达到快速消除金属材料残余应力的目的。
本发明的构成：用电网作电源，通过交-直-交变频方式，在电感元件产生一个高频、高磁场强度的空间，让待处理的金属材料置于该空间中，构成闭合高频磁路的一部分，让高频交变的磁力线经金属材料组织形成闭合；
处于高频磁场作用下的金属材料内部，自发磁化区域磁畴的大小与方向随高频磁场的变化而变化，引起金属材料微观组织截面形状发生改变，引起金属材料内残余应力作用面变化，使不均匀分布的残余应力大小、方向也发生相应变化，这种变化破坏了原组织内残余应力的不均匀的分布状态，在短时间内，高频率的残余应力的多次重新分布，其结果是形成新的、均匀的残余应力分布状态，均匀分布的残余应力相互抵消或减弱，实现让金属材料内残余应力的快速释放。
磁畴在高速变化的过程中，它们之间相互的高速碰撞，使金属材料自身产生热量，同时磁力线在通过金属材料时，要产生涡流效应，金属材料中在涡流效应下形成的涡电流的热效应也使材料自身产生高热，控制这两种物理现象热量的形成，以保持合适的温度，让金属材料体积热膨胀，更有利于残余应力的去除。
在高频、高磁场强度的作用下，金属材料中的残余应力在数分钟内得到消除，当金属材料整体完全处于匀强磁场作用下时，残余应力消除的程度仅以金属材料内部组织的均匀性关联，与残余应力的形成过程、形式无关。
与现有技术比较，本发明通过对大量的轴承零件的具体实验，实验结果表明，新方法处理后的零件从材料组织、应力分布情况、几何形状到产品质量都证明了新方法的理论的成立。
本方法中的高频磁场是通过电力电子器件与单片机的配合，通过交--直——交变频方式，在电感元件上产生。这是目前电能转换效能最高的技术，产生的磁场强度大，消除残余应力的作用时间短，节能效果特别明显。
该方法适应所有的铁磁性材料的金属加工工艺方法、工艺手段后形成的残余应力的去除。是现代物理学中量子理论与电工技术有机结合，在机械加工中提高产品质量的工艺创新。
附图说明：图1是磁畴分布图，图2是交变磁场时间t＝1时磁畴的状态图，图3是交变磁场时间t＝1+δ时磁畴的状态图。
图中1、磁畴，2、磁场方向，3、磁畴方向。
具体实施方式：将经初磨加工后的轴承零件放置在处于高频、200微特磁感应强度的交变磁场容器中，容器内注入一定体积的溶液并将液体温度控制在摄氏80℃以下，分别作了最少1分钟、最多10分钟的去残余应力处理。处理后的零件几何形状变形明显增大，反映出去应力的效果很好。试验数据见表1、表2。
Figure BSA00000434925800041
Figure BSA00000434925800042
通过对大量的轴承零件的具体实验，实验结果表明，新方法处理后的零件从材料组织、应力分布情况、几何形状到产品质量都证明了新方法的理论的成立。
本方法中的高频磁场是通过电力电子器件与单片机的配合，通过交--直——交变频方式，在电感元件上产生。这是目前电能转换效能最高的技术，产生的磁场强度大，消除残余应力的作用时间短，节能效果特别明显。
该方法适应所有的铁磁性材料的金属加工工艺方法、工艺手段后形成的残余应力的去除。是现代物理学中量子理论与电工技术有机结合，在机械加工中提高产品质量的工艺创新。

Claims (3)

1.一种快速消除金属材料残余应力的新方法，其特征在于：用电网作电源，通过交-直-交变频方式，在电感元件产生一个高频、高磁场强度的空间，让待处理的金属材料置于该空间中，构成闭合高频磁路的一部分，让高频交变的磁力线经金属材料组织形成闭合；
处于高频磁场作用下的金属材料内部，自发磁化区域磁畴的大小与方向随高频磁场的变化而变化，引起金属材料微观组织截面形状发生改变，引起金属材料内残余应力作用面变化，使不均匀分布的残余应力大小、方向也发生相应变化，这种变化破坏了原组织内残余应力的不均匀的分布状态，在短时间内，高频率的残余应力的多次重新分布，其结果是形成新的、均匀的残余应力分布状态，均匀分布的残余应力相互抵消或减弱，实现让金属材料内残余应力的快速释放。
2.根据权利要求1所述的快速消除金属材料残余应力的新方法，其特征在于：磁畴在高速变化的过程中，它们之间相互的高速碰撞，使金属材料自身产生热量，同时磁力线在通过金属材料时，要产生涡流效应，金属材料中在涡流效应下形成的涡电流的热效应也使材料自身产生高热，控制这两种物理现象热量的形成，以保持合适的温度，让金属材料体积热膨胀，更有利于残余应力的去除。
3.根据权利要求1所述的快速消除金属材料残余应力的新方法，其特征在于：在高频、高磁场强度的作用下，金属材料中的残余应力在数分钟内得到消除，当金属材料整体完全处于匀强磁场作用下时，残余应力消除的程度仅以金属材料内部组织的均匀性关联，与残余应力的形成过程、形式无关。
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