Page 173 - 数值模拟驱动的高温合金热加工技术

第五章 焊接与热处理工艺仿真技术

应力的降低和重新分布。③脉动法通过在零件上施加一定载荷和频率，呈周期变
化的循环载荷，可以有效释放零件的残余应力。④时效消除法，一般有以下几种。
自然时效，将构件露天放置于室外，经过几个月甚至几年的时间使残余应力发生

松弛，从而使构件尺寸精度获得稳定。该方法简单易行，但生产周期长，不易管理，
不能及时发现构件内的缺陷，而且只能降低少量的残余应力。人工热时效，热时
效工艺要求比较严格，升温和降温的速度对热时效的效果影响很大。该法是目前
生产中应用最广泛、效果最好的一种应力消除方法。但耗能大、成本高且污染严重；

同时时效温度的提高，将使金属内部强化相析出过多，必然明显降低强度指标，
产生过时效现象，因此，淬火后时效处理通常在较低温度（小于 200℃ ~250℃）
下进行，因而影响了应力消除效果（仅为 10%~35%）。振动时效，它是在激振
器的周期性外力（激振力）的作用下，使构件共振，进而松弛残余应力，提高构

件的松弛刚度，使其尺寸稳定的方法。该法成本低、设备简单、时间比较短，可
避免金属零件在热失效过程中产生的翘曲变形、氧化、脱碳及硬度降低等缺陷。
已在生产上得到一定的应用。声波时效法，超声波时效法首先在苏联诞生，并在
发达国家得到推广。该方法起先主要应用于船舶、核潜艇、航空航天等对消除应

力非常严格的军事领域。但是由于超声波法只能解决构件表层一定深度内的应力
问题，所以相对应用环境较窄，且成本颇高。热冲击时效法，其实质就是将工件
进行快速加热，使加热过程中造成的热应力正好与残余应力叠加，超过材料的屈
服极限引起塑性变形，从而使原始残余应力很快松弛并稳定化。⑤深冷处理法，

按工艺可划分为深冷急热法与冷热循环法两种。其中深冷急热法是将含有残余应
力的零件浸入液氮中深冷，待内外温度均匀后又迅速地用热蒸汽喷射，通过急热
与急冷产生方向相反的热应力，借以抵消原来的残余应力场。⑥脉冲磁场消除残
余应力，MPS 公司开发出一项以非热方式消除金属中残余应力的技术，称之为

脉冲磁处理（Pulsed Magnetic Treatment，PMT）。借助 PMT，可使金属中的组
织缺陷得到改善，从而使零件中的残余应力得以消除。从微观分析的角度来说，
PMT 对提高或改善金属零件的尺寸稳定性；耐磨性与耐蚀性也有作用，对金属
材料的磁滞后特性、疲劳、扩散以至相变等特性也会产生重大影响，该技术在冷

拔管材、焊接件、丝材和弹簧等制品的残余应力消除应用中，已获得飞速发展。
⑦爆炸法。是利用爆炸冲击波的能量使构件应变区产生塑性变形，从而达到降低
或消除残余应力的目的。该法常用于焊接构件，爆炸处理不仅可以完全消除焊接

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