Упрочнение поверхностного слоя
В процессе обработки под влиянием высокого давления инструмента и высокого нагрева структура поверхностного слоя существенно отличается от структуры основного металла. Поверхностный слой получает повышенную твердость вследствие наклепа, и в нем возникают внутренние напряжения. Глубина и степень наклепа зависят от свойств металла деталей, способов и режимов обработки.
При очень тонкой обработке глубина наклепа составляет 1-2 мкм, при грубой до сотен мкм.
Для определения глубины и степени наклепа существует ряд методов:
- косых срезов – исследуемую поверхность срезают под очень малым углом (1-2%) параллельно направлению штрихов обработки или перпендикулярно к ним. Плоскость косого сечения позволяет значительно растянуть глубину наклепанного слоя (в 30-50 раз). Чтобы замерить микротвердость, косой срез травят;
- химическое травление и электрополирование – постепенно удаляется поверхностный слой и измеряется твердость до выявления твердого исходного металла;
- рентгеноскопия – на рентгенограммах искаженной кристал-лической решетки поверхности наклеп выявляется в виде размытого кольца. По мере стравливания наклепанных слоев интенсивность изображения кольца возрастает, а ширина линий уменьшается.
- вдавливанием и царапанием с помощью прибора ПМТ-3, при котором вдавливается алмазный наконечник с ромбическим основанием, с углами между ребрами при вершине 130º и 172º30'. Давление на исследуемой поверхности составляет 0,2…5 Н.
Влияние качества поверхности на эксплуатационные
Свойства детали
Эксплуатационные свойства деталей находятся в прямой связи с геометрическими характеристиками поверхности и свойствами поверхностного слоя. Износ деталей в значительной степени зависит от высоты и формы неровностей поверхности. Износоустойчивость детали определяется главным образом верхней частью профиля поверхности.
В начальный период работы в местах контакта развиваются напряжения, часто превышающие предел текучести.
При больших удельных давлениях и без смазки износ мало зависит от шероховатости, при облегченных условиях – зависит от шероховатости.
Рисунок 1.3.2 - Влияние волнистости поверхности на износ
1 – интенсивное сглаживание выступов в начальный период
работы (приработка),
2 – приработка при абразивном изнашивании,
3 – приработка при повышении давления,
4 – приработка в тяжелых условиях работы,
5 – заедание и зазоры.
Рисунок 1.3.3 – Изменение шероховатости в период приработки
в различных условиях работы
Направление неровностей и шероховатость поверхности по разному влияют на износ при различных видах трения:
- при сухом трении износ увеличивается во всех случаях с увеличением шероховатости, но наибольший износ имеет место при направлении неровностей перпендикулярно направлению рабочего движения;
- при граничном (полужидкостном) трении и малой шероховатости поверхности наибольший износ наблюдается при параллельности неровностей направлению рабочего движения; с увеличением шероховатости поверхности износ увеличивается при перпендикулярности направления неровностей направлению рабочего движения;
- при жидкостном трении влияние шероховатости сказывается лишь на толщине несущего слоя.
Необходимо выбирать такой метод обработки резанием, который дает наиболее благоприятное с позиций износа направление неровностей.
Так, коленвалы, работающие при обильной смазке, должны иметь направление неровностей поверхности, параллельное рабочему движению.
Рисунок 1.3.4 - Влияние направления неровностей и
шероховатости поверхности на износ
Таким образом, отделочные операции для трущихся поверхностей следует назначать исходя из условий эксплуатации, а не только из удобств обработки резанием.
Поверхности, у которых направление неровностей совпадает, имеет наибольший коэффициент трения.
Наименьший коэффициент трения достигается при расположении направления неровностей на сопряженных поверхностях под углом или произвольно (притирка, хонингование и т.п.).