CN108004388B - 一种确定超声振动时效激振频率的方法 - Google Patents
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Abstract
确定超声振动时效激振频率的方法，其特征在于：测试分析得到时效工件的平均晶粒度；确定超声波在时效工件中的传播速度；确定晶粒介观尺度的谐振频率；确定超声振动时效的激振频率。本发明提出的一种确定超声振动时效激振频率的方法确定的超声振动时效的激振频率，是从晶粒介观尺度的谐振角度进行推导分析得到的，因此在确定的激振频率下对工件进行超声振动时效处理，能够获得理想的超声振动时效效果，同时采用本发明提出的方法确定超声振动时效的激振频率具有过程简单、耗时短以及效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及振动时效技术领域，特指一种确定超声振动时效激振频率的方法。
技术背景
振动时效技术，是通过振动，使工件内部残余应力与附加振动应力之和超过材料的屈服极限，材料内部产生微量塑性变形，从而使材料内部残余应力得以降低。振动时效技术具有处理效果好、处理时间短、环境污染小、能耗低、易于现场操作等特点，属于高效节能绿色环保的时效处理技术；在二十一世纪振动时效技术具备了取代传统热时效技术的可能。因此，对振动时效工艺开展研究具有非常重要的工程应用价值，能够为振动时效技术的推广应用提供技术支持。
振动时效的工艺直接影响其消除残余应力的效果，是振动时效技术领域研究的一个重点。振动时效的工艺参数主要包括激振频率、激振动应力以及激振时间。对于振动时效激振频率的确定，主要依据的是传统的扫频法。扫频法确定振动时效激振频率的步骤主要包括：第一步，首先对时效工件进行扫频激振处理，找出其在扫频范围内最大的共振峰，确定工件的共振频率。在第一步对工件进行扫频激振处理时，需要清楚工件的振型，然后在工件振型节点处对工件进行弹性支撑，在工件振动幅值最大处安装传感器。第二步，然后确定工件的亚共振区，在亚共振区内选择共振峰值的1/3～2/3所对应的频率作为振动时效的激振频率。扫频法确定时效工件的共振频率时，是对工件进行整体激振处理，适用于采用可调速电机作为激振设备的传统振动时效技术，然而对工件进行超声振动时效处理时，是对工件的局部区域进行超声振动时效处理，工件并未产生整体的振动，因此无法采用传统的扫频法确定超声振动时效的激振频率。
针对传统的扫频法无法确定超声振动时效激振频率的不足，本发明提出一种确定超声振动时效激振频率的方法，首先通过测试分析得到时效工件的平均晶粒度，然后确定超声振动时效的激振频率。通过本发明提出的一种确定超声振动时效激振频率的方法确定超声振动时效的激振频率，并在此激振频率下对工件进行超声振动时效处理，能够有利于时效工件吸收超声振动能量，确保工件经过超声振动时效处理后能够获得理想的时效效果。
发明内容
为了解决传统的扫频法无法确定超声振动时效激振频率的难题，本发明提出一种确定超声振动时效激振频率的方法。本发明提出的一种确定超声振动时效激振频率的方法是以介观尺度的晶粒作为出发点，分析得到晶粒介观尺度的谐振频率，并以此为基础确定超声振动时效的激振频率，能够确保超声振动能量被时效工件有效吸收，从而确保在此激振频率下对时效工件进行超声振动时效处理，能够获得理想的时效效果。
确定超声振动时效激振频率的方法，其特征在于：测试分析得到时效工件的平均晶粒度；确定超声波在时效工件中的传播速度；确定晶粒介观尺度的谐振频率；确定超声振动时效的激振频率。
所述的确定超声振动时效激振频率的方法，其特征在于：将测试分析得到的时效工件的平均晶粒度作为超声波的波长λ，根据超声波波长λ与超声波传播速度v之间的关系v＝λf，计算得到晶粒介观尺度的谐振频率f。
所述的确定超声振动时效激振频率的方法，其特征在于：时效工件的平均晶粒度越大，晶粒介观尺度的谐振频率越小，当目前常用的超声振动时效设备的激振频率范围能够覆盖晶粒介观尺度的谐振频率时，选取晶粒介观尺度的谐振频率作为超声振动时效的激振频率。金属材料对外界超声振动作用的响应取决于外部超声振动作用的特征尺度(即超声波的波长)与其内部微观组织结构的特征尺度(晶粒的平均尺寸，即平均晶粒度)之间的关系，当这两者相比接近时金属材料内部微观组织容易吸收外界超声振动作用注入金属材料内部的超声振动能量。采用本发明提出的一种确定超声振动时效激振频率的方法确定超声振动时效的激振频率时，是将时效工件的平均晶粒度作为超声波的波长，然后根据超声波波长与超声波传播速度之间的关系，计算得到晶粒介观尺度的谐振频率。当选取晶粒介观尺度的谐振频率作为超声振动时效的激振频率，能够确保注入到金属材料内部的超声波的波长与金属材料的平均晶粒度相一致，有利于金属材料吸收超声振动能量，从而确保工件经过超声振动时效处理后能够获得理想的时效效果。
所述的确定超声振动时效激振频率的方法，其特征在于：时效工件的平均晶粒度越小，晶粒介观尺度的谐振频率越大，当目前常用的超声振动时效设备的激振频率范围无法覆盖晶粒介观尺度的谐振频率时，选取晶粒介观尺度的谐振频率的分频作为超声振动时效的激振频率。通过选取晶粒介观尺度的谐振频率的分频作为超声振动时效的激振频率也能够有利于激发介观尺度的晶粒产生介观振动，从而实现金属材料吸收超声振动能量的目的，确保工件经过超声振动时效处理后能够获得理想的时效效果。
所述的确定超声振动时效激振频率的方法，其特征在于：所述的晶粒介观尺度的谐振频率f的分频为f/n，其中n为大于1的正整数。
本发明的技术构思是：首先测试分析得到时效工件的平均晶粒度，并将其作为注入金属材料内部的超声波的波长，同时确定超声波在时效工件内部传播的速度，然后根据超声波波长λ与超声波传播速度v之间的关系v＝λf，计算得到晶粒介观尺度的谐振频率f，最后根据得到的晶粒介观尺度的谐振频率确定超声振动时效的激振频率。
本发明的有益效果如下：
1、通过本发明提出的一种确定超声振动时效激振频率的方法确定超声振动时效的激振频率，能够解决传统扫频法无法确定超声振动时效激振频率的难题，为超声振动时效工艺的推广应用提供技术支持。
2、通过本发明提出的一种确定超声振动时效激振频率的方法确定的超声振动时效的激振频率，是从晶粒介观尺度的谐振角度进行推导分析得到的，因此在确定的激振频率下对工件进行超声振动时效处理，能够获得理想的超声振动时效效果。
3、采用本发明提出的一种确定超声振动时效激振频率的方法确定超声振动时效的激振频率时，能够采用无损检测的方法分析得到时效工件的平均晶粒度，从而避免对时效工件造成损伤。
4、采用本发明提出的一种确定超声振动时效激振频率的方法确定超声振动时效的激振频率时过程简单，耗时短，效率高，便于将该方法在超声振动时效实践应用中进行推广。
附图说明
图1一种确定超声振动时效激振频率的方法的流程示意图。
具体实施方式
参照附图，进一步说明本发明：
确定超声振动时效激振频率的方法，其特征在于：测试分析得到时效工件的平均晶粒度；确定超声波在时效工件中的传播速度；确定晶粒介观尺度的谐振频率；确定超声振动时效的激振频率。
所述的确定超声振动时效激振频率的方法，其特征在于：将测试分析得到的时效工件的平均晶粒度作为超声波的波长λ，根据超声波波长λ与超声波传播速度v之间的关系v＝λf，计算得到晶粒介观尺度的谐振频率f。
所述的确定超声振动时效激振频率的方法，其特征在于：时效工件的平均晶粒度越大，晶粒介观尺度的谐振频率越小，当目前常用的超声振动时效设备的激振频率范围能够覆盖晶粒介观尺度的谐振频率时，选取晶粒介观尺度的谐振频率作为超声振动时效的激振频率。金属材料对外界超声振动作用的响应取决于外部超声振动作用的特征尺度(即超声波的波长)与其内部微观组织结构的特征尺度(晶粒的平均尺寸，即平均晶粒度)之间的关系，当这两者相比接近时金属材料内部微观组织容易吸收外界超声振动作用注入金属材料内部的超声振动能量。采用本发明提出的一种确定超声振动时效激振频率的方法确定超声振动时效的激振频率时，是将时效工件的平均晶粒度作为超声波的波长，然后根据超声波波长与超声波传播速度之间的关系，计算得到晶粒介观尺度的谐振频率。当选取晶粒介观尺度的谐振频率作为超声振动时效的激振频率，能够确保注入到金属材料内部的超声波的波长与金属材料的平均晶粒度相一致，有利于金属材料吸收超声振动能量，从而确保工件经过超声振动时效处理后能够获得理想的时效效果。
所述的确定超声振动时效激振频率的方法，其特征在于：时效工件的平均晶粒度越小，晶粒介观尺度的谐振频率越大，当目前常用的超声振动时效设备的激振频率范围无法覆盖晶粒介观尺度的谐振频率时，选取晶粒介观尺度的谐振频率的分频作为超声振动时效的激振频率。通过选取晶粒介观尺度的谐振频率的分频作为超声振动时效的激振频率也能够有利于激发介观尺度的晶粒产生介观振动，从而实现金属材料吸收超声振动能量的目的，确保工件经过超声振动时效处理后能够获得理想的时效效果。
所述的确定超声振动时效激振频率的方法，其特征在于：所述的晶粒介观尺度的谐振频率f的分频为f/n，其中n为大于1的正整数。
采用本发明提出的一种确定超声振动时效激振频率的方法确定超声振动时效的激振频率时，是以时效工件介观尺度的晶粒作为切入点，而介观尺度的晶粒的平均尺寸与注入金属材料内部的超声波的波长比较接近，因此通过本发明提出的方法确定的超声振动时效激振频率，能够确保超声振动能量被时效工件有效吸收，从而确保在本发明提出的方法确定的激振频率下对工件进行超声振动时效处理，能够获得理想的超声振动时效效果。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (2)
1.确定超声振动时效激振频率的方法，其特征在于：测试分析得到时效工件的平均晶粒度；确定超声波在时效工件中的传播速度；将测试分析得到的时效工件的平均晶粒度作为超声波的波长λ，根据超声波波长λ与超声波传播速度v之间的关系v＝λf，计算得到晶粒介观尺度的谐振频率f；当目前常用的超声振动时效设备的激振频率范围能够覆盖晶粒介观尺度的谐振频率时，选取晶粒介观尺度的谐振频率作为超声振动时效的激振频率；当目前常用的超声振动时效设备的激振频率范围无法覆盖晶粒介观尺度的谐振频率时，选取晶粒介观尺度的谐振频率的分频作为超声振动时效的激振频率。
2.如权利要求1所述的确定超声振动时效激振频率的方法，其特征在于：所述的晶粒介观尺度的谐振频率f的分频为f/n，其中n为大于1的正整数。
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