振動時效前後 Stress mapping 分析

振動時效前後 Stress mapping 分析
AZ31鎂合金初始狀態(冷軋延 20%後)之TD-RD平面的 Stress mapping 殘留應力分布，除此之外， (b)-(d)分別為振動時效 5、10 與 20 min的Stress mapping 殘留應力分布圖， (e)為 AZ31 鎂合金懸臂樑振動應力消除系統。(a)-(c)圖形皆顯示擁有應力集中區(stress concentration zone;SCZ)，還擁有最大的壓縮殘留應力值位於中間區域，隨著振動時效時間(可同等於循環次數，時間乘上頻率即為循環次數)的發展，Stress mapping 殘留應力分布先是增加後來才減少(如圖(a)-(d))，在振動時效 5 min 之後，這種現象可能是由於加工硬化(Working hardening)，才造成應力集中區的金屬塑性區加工硬化現象。
因為外加的循環應力有可能會造成金屬加工軟化(Softening)或硬化(Hardening)。因此，位於中間區域的應力集中區可能有最大的彎曲度產生，因懸臂樑系統的第一共振頻，彎曲最大幅度位於中間區域，所以產生局部性的塑性變形。觀察圖(c)與(d)，與圖(a)比較，其 Stress mapping 殘留應力分布圖顯示所有的殘留應力分擁有較低的壓縮應力值，如圖(a)在應力集中區的最高壓縮應力區從-190MPa~-220MPa(咖啡色區塊)下降至如圖(c)的-130MPa~-160MPa(紅色區塊)，或下降至如圖(d)的-100MPa~-130MPa(黃色區塊)。因此，經由VSR振動應力消除製程，約略有 45%的壓縮應力值被消除(振動時效20 min)與幾乎30%的壓縮應力值被消除(振動時效 10 min)，當振動振幅超過一個臨界門檻(本懸臂樑系統為固定 3.7G 的振動振幅)，藉由差排的移動使彈性應變會轉成微觀塑性應力。
在本研究中另外可發現一個重要的現象，如圖(d)，在振動時效20 min 後，發現一個幾乎均勻化的殘留應力分布，大部分區域都是-70 MPa ~ -100 MPa (綠色區塊)，並不是所有的殘留應力被消除，為什麼是殘留90應力不是被消除而是均勻化呢?再對照圖(a)與(d)，發現A區(Zone A)的殘留應力區從-100MPa~-200MPa降至-70MPa~-130MPa但是 A 區之外的殘留應力區從-10MPa~-70MPa增加至-70MPa~-130MPa。即應力集中的區域減少殘留應力，但低應力區域則增加應力，故類似殘留應力均勻化的現象，不論高或低的殘留應力都趨向於-70 MPa ~ -100 MPa 之間，最後結論，顯示 VSR 振動應力消除製程可以使冷軋延後的試片之應力集中區消除，而且使整體試片的殘留應力分布均勻化。
#振動法工時越久消除率越佳 #振動法應力分布均勻化