经过压力加工或热加工的构件内都会存在一定的残余应力,残余应力的存在很容易使构件产生裂纹,变形或翘曲等,同时构件的强度和疲劳极限也大大降低。所以构件中残余应力的消除就成了工业制造技术中的一项重大问题。通常消除残余应力的方法有自然时效、热时效及振动时效。自然时效由于时效周期长及消除应力效果不明显等问题；热时效消耗能源较多且存在污染,对构件的尺寸稳定性影响较大。所以振动时效就展现出了良好的应用前景。传统的低频振动时效设备在市场上和工厂中已经大量出现和应用,并取得了良好的效果。但其有一定的应用局限性,例如不能满足对一阶固有频率都很高的微小型构件的应力消除。超声振动时效属于低振幅高频率的振动时效,单位时间的输入能量较大,消除残余应力时间短,对构件的尺寸稳定性影响也小。目前对超声振动时效研究还较少,在其机理研究、设备研制以及推广应用方面上还需深入研究。本文针对上述问题,主要研究了以下几个方面的问题：(1)比较振动时效消除残余应力的微观机理,通过屈服强度的易变性、位错的易动性及高周疲劳强度理论对超声振动时效的机理从微观上做了解释,首次提出了在超声振动时效中,当满足构件内残余应力σ残与动应力σ动叠加之和大于材料的疲劳强度极限σ-1时,即可对工件内残余应力有一定的消除作用,并通过试验进行了验证。(2)本课题探索了超声振动时效消除残余应力效果的评定方法,分别用残余曲率计算法和切缝法测量时效前后的残余应力情况,并对比这两种测量方式测量出的结果。(3)根据实际要求和各种产品的特点选取超声波发生器和换能器等设备并搭建了超声振动装置。同时根据试验需要还搭建了压力机平台和圆杆挠度测量装置；设计了试验所用的变幅杆以及试验杆件,对试验杆件中残余应力做了计算,并仿真了超声振动时效时杆件中的激振力。(4)通过一组对比试验确定激振时间和激振振幅对超声振动时效消除残余应力的效果,试验结果表明,超声振动可以减小工件内的残余应力。最佳激振时间为10min-15min,盲目延长激振时间对时效效果影响很小,同时还有可能会导致工件疲劳损伤。工件内残余应力的消除率随着振幅的增大而增加。