振動時效去應(yīng)力
殘余應(yīng)力對疲勞壽命的影響
由于焊接、鑄造等工藝引起的殘余應(yīng)力在工程結(jié)構(gòu)中大量存在，常規(guī)設(shè)計時，是以焊縫系數(shù)來綜合計入殘余應(yīng)力及金相組織等的影響的。有關(guān)殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)疲勞強度的影響已開始引起重視。從大量的實驗結(jié)果可以看到，殘余應(yīng)力的影響不容忽略的。
殘余應(yīng)力是這種影響可以從斷裂力學(xué)的理論中得到解釋。除了應(yīng)力強度因子幅值ΔK外，平均應(yīng)力等因素對疲勞裂紋的擴展也有影響。這種影響在不同循環(huán)特性（R=Kmin/Kmax）時，用Paris公式整理的da/dN--ΔK曲線。在同一ΔK值時，R值越大（平均應(yīng)力越高），da/dN越大。因此，平均應(yīng)力為壓應(yīng)力時，疲勞裂紋擴展速度率將比平均應(yīng)力為拉應(yīng)力時低。這表明了壓縮殘余應(yīng)力可以提高疲勞強度。
從上面的分析中看出，殘余應(yīng)力改變了交變載荷的名義平均應(yīng)力，從而改變了循環(huán)比R。在殘余應(yīng)力和循環(huán)應(yīng)力疊加后未達到材料的屈服強度時，可以這樣分析結(jié)構(gòu)的疲勞強度，而一旦殘余應(yīng)力和工作應(yīng)力之和超過了材料的拉伸屈服強度，則結(jié)構(gòu)中實際的應(yīng)力循環(huán)又是另一種情況，由于材料已進入屈服，因此，實際的應(yīng)力循環(huán)都是從拉伸屈服應(yīng)力向下變化，而與名義循環(huán)比R無關(guān)，決定疲勞壽命的是循環(huán)幅。將從＋ σ2變到σ2-（σ1＋σ2）。這是一個很重要的概念，因為，它說明一個原焊接狀態(tài)接頭的疲勞特征只用應(yīng)力幅值即可表示出來。
理論分析與實驗結(jié)果都表明；殘余應(yīng)力的存在嚴重影響了結(jié)構(gòu)的疲勞強度，尤其是焊縫處高達屈服強度的拉伸殘余應(yīng)力將大大降低焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強度。
振動時效技術(shù)能有效地降低殘余應(yīng)力，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)尺寸，已有大量的應(yīng)用實例。從降低殘余應(yīng)力這個作用來說，它也將提高結(jié)構(gòu)疲勞強度，并且已經(jīng)有了這方面試驗結(jié)果。
不同狀態(tài)轉(zhuǎn)向梁側(cè)梁疲勞試驗結(jié)果
編 號 試 件 狀 態(tài) 開裂壽命（次） 總壽命（次）
1 焊 態(tài) 143，100 456，000
2 熱 時 效 158，000 491，500
3 振 動 時 效 362，000 934，300
斷裂理論認為；疲勞破壞主要經(jīng)歷疲勞裂紋萌生、穩(wěn)態(tài)擴展、失穩(wěn)擴展和斷裂。失穩(wěn)擴展和斷裂是無法控制的瞬間過程。因此，疲勞壽命主要是裂紋萌生和穩(wěn)態(tài)擴展兩個階段的壽命。
疲勞裂紋是一般成核于工程材料的微觀缺陷，或由于材料性能不均勻而在較低的循環(huán)應(yīng)力下表面局部區(qū)域產(chǎn)生的滑移帶，疲勞裂紋萌生壽命包括微觀裂紋的成核與擴展兩個過程，是疲勞損傷的累積過程。
振動時效是采用低應(yīng)力降低高殘余應(yīng)力的方法，施加的動應(yīng)力較小，且循環(huán)周次一般不超過次，那么，根據(jù)線性累積損傷理論，如此的應(yīng)力循環(huán)在整個疲勞損傷的累積過程中其影響是微乎其微的，其次，經(jīng)振動時效后結(jié)構(gòu)件“經(jīng)受了低載荷鍛煉”，屬于多級載荷循環(huán)中的先低后高者，其累積損傷指數(shù)大于1，因而其壽命較長。
綜上所述，振動時效技術(shù)在消除殘余應(yīng)力的基礎(chǔ)上，能夠提高結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命。