Зависимость наклепа поверхностного слоя детали от условий обработки

В результате упругопластического деформирования обработанной поверхности в последней возникают и концентрируются дислокации (нарушения правильного строения кристаллической решетки).

Так как дислокации окружены полями упругих напряжений, для последующих деформаций потребуется значительно большее усилие, чем в недеформированном металле. Это связано с необходимостью преодоления сопротивления полей напряжений. Возникновение и концентрация дислокаций снижает пластичность, изменяет физические свойства (электропроводность, теплопроводность), повышает прочностные характеристики материала (твердость, временное сопротивление G_в, предел текучести G_t). Совокупность физико-химических изменений указанных свойств материала называют упрочнением или наклепом.

Наклепанный слой под обработанной поверхностью образуется вследствие затухающего характера пластической деформации, а также из-за наличия радиуса округления режущей кромки ς.

o

o

Схема упрочнения поверхностного слоя.

При установившемся процессе резания стружка отделяется от основного металла по поверхности сдвига О-О. Из-за наличия радиуса округления режущей кромки в стружку переходит лишь часть срезаемого слоя металла, лежащая выше линии СD. Слой металла между линиями АВ и СD, толщина которого соизмерима с ς, будет упруго-пластически деформироваться, образуя обработанную поверхность.

После прохождения инструмента происходит упругое восстановление поверхностного слоя на некоторую величину h_y, вследствие чего на задней поверхности инструмента возникает сила нормального давления N₃ и сила трения F₃. В результате трения возникает дополнительная деформация тонких поверхностных слоев.

Если при наклепе отсутствует разрушение поверхностного слоя, явление наклепа может быть положительным. При наклепе также возможно образование задиров, надрывов и других дефектов обработанной поверхности. В этом случае предел усталостной прочности будет снижен и деталь преждевременно может разрушиться. Явление наклепа также нежелательно, если наклеп, полученный при черновой обработке, вредно влияет на процесс резания при чистовой обработке. Например, чистовая обработка развертыванием производится с малой глубиной резания; в этом случае лезвия развертки непосредственно работают по наклепанному слою. Они быстро тупятся и обработанная поверхность получается с большой шероховатостью.

Наклеп характеризуется глубиной h и степенью, где и - микротвердость соответственно поверхностного и исходного материала.

В общем случае с увеличением сил резания и продолжительности их воздействия возрастает пластическая деформация поверхностного слоя металла, а следовательно, увеличивается степень его упрочнения i_H и глубина распространения наклепа h. Так, например, они возрастают с увеличением подачи и уменьшаются с ростом скорости резания (рисунок 6).

h

i_H

i_H h

Зависимость степени наклепа i_H и глубины наклепа h от подачи и скорости резания при точении.

Установлено, что возможности упрочнения металла за счет его наклепа ограничены, и при чрезмерном пластическом деформировании может образоваться «перенаклеп» металла, что приводит к его разрушению. Разупрочнение происходит при исчерпании зернами металла возможности упрочняться. При этом наблюдается его разрыхление, появление трещин, отслаивание и т.д.

Наклеп в поверхностном слое приводит металл в структурно-неустойчивое состояние, вызванное неодинаковым распределением внутренних напряжений между отдельными зернами и даже целыми участками металла. В этих условиях возникает явление отдыха, то есть стремление металла к возврату в первоначальное, наклепанное состояние, чему способствует упругая деформация и повышенная температура в зоне резания.

При обработке металлов резанием одновременно действуют значительные силы резания, создающие наклеп, и температура, вызывающая разрушение металла. Конечное состояние поверхностного слоя определяется соотношение процессов упрочнения и разупрочнения, зависящих от преобладания в зоне резания силового или теплового фактора. В связи с этим всякое изменение режимов резания, вызывающее увеличение усилий резания и степени пластической деформации, ведет к повышению степени наклепа.

Увеличение продолжительности их воздействия на поверхностный слой приводит к увеличению глубины распространения наклепа.

Изменение режимов, приводящее к увеличению количества теплоты в зоне резания и увеличивающее продолжительность теплового воздействия, усиливает интенсивность отдыха, снимающего наклеп поверхностного слоя.