Показатели качества поверхности

Качество поверхности деталей, участвующих в трибологическом контакте, играет важную роль в обеспечении надежности работы и срока их службы. Для оценки качества поверхности деталей разработан ряд показателей (табл. 4.1). Таблица 4.1

Глубина поверхностного слоя и качество поверхности зависят от основного материала, вида обработки, основных параметров инструмента, режима обработки и рода смазочно-охлаждающей жидкости.

Поверхностный слой неоднороден по строению (рис. 4.1). Гра­ничный слой 1 состоит из адсорбированной пленки газов, влаги и смазочно-охлаждающей жидкости, которую можно удалить лишь нагревом детали в вакууме (в авиации проводят промывку в бензине или керосине – обезжиривание). Слой 2 – деформированный, сильно раздробленный металл с искаженной решеткой кристал­лов и с обезуглероженными под действием высоких температур при шлифовании участками; в нем находятся окислы и нитриды, пустоты, надрывы и трещины. Слой 3 состоит из зерен, сильно деформированных под действием давления шлифовального круга и тангенциальных сил при шлифовании; в нем содержится структурно-свободный цементит, образовавшийся под действием высо­ких температур. Слой 4 – металл с исходной структурой. При бо­лее тонкой обработке (абразивными брусками, лентами и т.д.) слой 1 не изменяется по толщине, а слои 2 и 3 уменьшаются соответственно меньшим дав­лению и температуре поверхности при обра­ботке.

Если исключить адсорбированную пленку, то поверхностный слой обработанной инструментом поверхности состоит из наруж­ного очень тонкого слоя, более или менее сильно разрушенных кристаллических зерен и наклепанного слоя четкой кристалличес­кой структуры.

Упрочнение поверхностного слоя при обработке можно оце­нить по изменению микротвердости по сравнению с исходной. Микротвердость падает по мере удаления от поверхности дета­ли, причем более резко по толщине слоя с раздробленной струк­турой. Прочные и хрупкие металлы менее склонны к упрочнению, чем малопрочные и вязкие. К тому же температура при ре­зании высокопрочных металлов значительно выше, и сильнее сказывается фактор разупрочнения. Наклеп металла под высту­пами неровностей обычно больше, чем под впадинами. Поверх­ностный слой в зависимости от указанных выше обстоятельств имеет толщину при точении 0,25 – 2,0 мм, при шлифовании 12 – 75 мкм, при тонком шлифовании 2 – 25 мкм, при полировании 0,2 мкм.

Следует иметь в виду, что шлифовочные прижоги могут дос­тигать глубины 5 мм.

Поверхностный слой может находиться в напряженном со­стоянии. Остаточные напряжения в нем при механической обра­ботке могут достигать 560 – 1000 МПа и быть как сжимающими, так и растягивающими. Шлифовочные трещины возникают под действием высоких внутренних напряжений растяжения. Остаточные напряжения растяжения снижают предел выносливости детали.

Микроскопическая неоднородность физико-механических свойств характерна для всякого твердого тела. В металлах она обусловлена анизотропией кристаллов. Обработанная по­верхность в связи с особенностями ее образования отличается сравнительно большей неоднородностью, как по химической ак­тивности, так и по физико-механическим свойствам. Кроме того, она имеет ультрамикроскопические дефекты в виде трещин и пустот. Хотя подобные дефекты структуры возникают в процес­се образования всей массы металла, но количество их в поверх­ностном слое возрастает в результате механических и тепловых воздействий при обработке.

Дефекты структуры могут иметь и атомный характер. Атомы кристаллической решетки металла непрерывно совершают беспо­рядочные колебания около положения равновесия с тем боль­шим размахом, чем выше температура; размах некоторых ато­мов становится таким значительным, что они покидают свои мес­та в решетке, нарушая тем самым кристаллический порядок и снижая прочность твердого тела. Образование дефектов в структуре металла может быть выз­вано также посторонними примесями.

Система дефектов – слабых мест поверхности детали – яв­ляется основой, на которой, начиная с самых малых деформа­ций, развиваются микротрещины. Вследствие наличия дефектов на поверхности естественно ожидать, что разрушение поверхно­сти при трении будет происходить именно в этих местах, т.е. про­цесс изнашивания будет носить избирательный характер. По ме­ре изнашивания поверхности слабые места будут возникать вновь.