振动时效消除残余应力，从宏观上说，是材料力学性能的体现；从微观上说，是材料内部晶体结构能量的再分配。
金属构件在发生塑性变形的过程中一般都会伴随有弹性变形，外力撤去后，塑性变形限制了弹性部分的恢复，造成弹性势能无法释放，在构件内部形成应力场。从能量转换的角度解释：在塑性变形的过程中，外力所做的功一部分转化成热量释放掉，还有一部分存储于金属内部，以畸变能的形式存在，在其内部形成应力场，这就导致了残余应力的产生。
从微观上观察金属晶体，其内部的组织结构在大多数情况下都是非理想排列，存在着很多这样或那样的缺陷。比如位错、空位或者杂质等。这些缺陷的存在会在晶体内部产生不同程度的晶格畸变，大量的晶格畸变会造成组织内部的应力集中。宏观上就表现为构件的残余应力。
消除残余应力的措施：一方面，可以通过恢复物体内部被抑制的弹性形变，或使其发生塑性变形，来释放其弹性势能。另一方面，可以增大金属原子的能量，使其振动加剧，运渐回到其平衡位置，减少晶格的畸变，进而达到降低构件残余应力的目的。
振动时效设备是以振动的形式对金属构件反复施加载荷，当附加动应力与残余应力叠加后，达到或超过材料的屈服极限时，工件发生塑性变形，降低和匀化工件内的残余应力。
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