水冷爐口內(nèi)嵌鑄蛇形無縫鋼管，在澆注過程中，由于高溫鐵水的作用，蛇形管會發(fā)生蠕變。冷卻時，由于蛇形管比液態(tài)鐵水收縮值大，使爐口內(nèi)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。同時，為防止蛇形管被鐵水熔化擊穿，采取了向蛇形管內(nèi)通入氮氣強制冷卻的措施。這樣，靠近蛇形管的鐵水比遠離蛇形管的鐵水冷卻速度加快，造成內(nèi)部應(yīng)力不均。

因此，水冷爐口鑄件降低和均化殘余應(yīng)力工序是必要的。過去一直采用熱時效的方法進行去應(yīng)力處理。但熱時效耗費大量的人力物力、經(jīng)濟成本大，所以引進了新工藝振動時效。本文主要是闡述了振動時效工藝在水冷爐口上的應(yīng)用。

振動時效工藝制定

激振設(shè)備

設(shè)備采用南京聚航科技有限公司的JH-200A液晶全自動振動時效設(shè)備，具有殘余應(yīng)力動態(tài)跟蹤功能，全自動科學(xué)選擇振動頻率、時效時間等工序。一鍵式操作，使用簡單方便。高亮度真彩液晶屏顯示數(shù)據(jù)，全中文在線打印時效參數(shù)和效果。

爐口振動點和支撐點的確定

按照振動裝置使用說明書多次試驗確定彈性材料支撐墊的位置。三個橡膠墊按120°均布，可使工件產(chǎn)生共振。在時效過程中，*一次掃描時即有共振峰出現(xiàn)，說明支撐墊位置是合適的。當(dāng)工件與激振器發(fā)生共振時，采用撒砂法來確定傳感器的安放位置。資料顯示傳感器放在工件波峰處效果*佳，通過試驗，在相鄰的兩支撐點中間，尋找到了爐口的波峰。需要指出的是：傳感器的安裝位置必須在激振器位置確定后才能尋找。而激振器的安裝則須根據(jù)工件的具體情況確定。

激振力的確定

激振力的確定很重要，因為它決定了動應(yīng)力的大小。實驗證明，在一定范圍內(nèi)動應(yīng)力越大，被處理工件產(chǎn)生的應(yīng)變釋放量也越大，消除應(yīng)力的效果就越好?？蛇^大的動應(yīng)力有可能造成工件的損傷或降低疲勞壽命。因此，在GB/T25713-2010標準中以工作應(yīng)力來確定動應(yīng)力。即動應(yīng)力σ_動=（1/3~2/3）σ_工作。鑄鐵件振動時效時的*佳動應(yīng)力為2.3MPa-3.5MPa。它是通過調(diào)節(jié)激振力，即改變激振器的偏心環(huán)的偏心距實現(xiàn)的。對于重10t的水冷爐口，偏心距宜選擇0.38。在此條件下，用動態(tài)電阻應(yīng)變儀可測出工件中的動應(yīng)力。

振動時效實施和效果

5號爐口振動時效曲線可以看出爐口振后曲線左移，符合GB/T25713-2010標準第4條振動時效工藝效果評定方法的相關(guān)規(guī)定，說明達到振動時效工藝效果，應(yīng)力得到降低和均化。

結(jié)論

1. 振動時效處理轉(zhuǎn)爐水冷爐口，*全可代替熱時效，在穩(wěn)定尺寸精度之外的熱疲勞領(lǐng)域也大有作為。

2. 振動時效不改變構(gòu)件鑄態(tài)組織，能強化金屬基體，使應(yīng)力得到*底的釋放和均化，并能提高熱疲勞壽命38.4%。

3. 比熱時效降低能耗98%以上。