Зміни в поверхневому шарі

Зміни в структурі поверхневого шару матеріалу виникають унаслідок деформацій, підвищення температури і хімічного впливу навколишнього середовища. Зміни, зумовлені деформацією, такі:

- багаторазові пружні деформації при терті коченні призводять до втомлювального викришування поверхонь, а при терті ковзанні ─ пружні деформації шорсткостей розпушують їхню структуру;

- пластичне деформування кристалічної ґратки твердих тіл (у цьому разі ─ поверхневого шару), яке може спричинити руйнування структури, що є заключним етапом пластичної деформації;

- пластична деформація за температури поверхні, нижчої за температуру рекристалізації, приводить до наклепування і подальшого зміцнення поверхневого шару. Проте безпосередньо біля самої поверхні структура матеріалу дещо ослаблена, ії мікротвердість знижена.

Слід зазначити, що крихкість і пластичність твердого тіла, незалежно від напруженого стану, не є його властивостями. При одному навантаженні тіло може бути пластичним, при іншому – крихким. Так, всебічне рівномірне розтягування створює напружений стан, унаслідок чого пластичні деформації не розвиваються, а матеріал перебуває у крихкому стані. При рівномірному всебічному стисненні більшість твердих тіл може сприймати великі навантаження без руйнування.

У разі нерівномірного всебічного стиснення, залежно від значення головних напружень, тіла можуть перебувати в пластичному крихкому або перехідному стані, причому, за певних умов всебічного стиснення навіть такі крихкі матеріали, як чавуни або загартовані до високої твердості сталі, мають значну пластичність.

Якщо виокремити елемент, у якого одна з граней буде ділянкою фактичного контакту, то всі грані цього елемента перебуватимуть під дією стискального напруження, оскільки під впливом прикладеного навантаження елемент намагається збільшити свої розміри в поперечних напрямках, а цьому перешкоджають навколишні елементи матеріалу. На площі контакту діє сила тертя Т і елемент перебуває під дією не тільки нормальних, а й дотичних напружень. Саме такий напружений стан сприяє пластичній деформації матеріалу (рис. 13.2).

Рис. 2. До пояснення пластичного деформованих матеріалів при терті

Дослідження показують, що всі метали при терті в межах активного шару, в якому відбуваються різні фізико-хімічні зміни, пов’язані з процесом тертя, зазнають пластичного деформування. Так, хром затікає у канали пористого хромового покриття і, як показують дослідження Г. О. Прейса, пластично деформуються навіть поверхневі шари емалевих покриттів.

Підвищення температури має такий вплив на зміни в поверхневому шарі:

- якщо температура поверхневих шарів вища від температури рекристалізації, то поверхневий шар не наклепується, а перебуває в стані підвищеної пластичності, внаслідок чого поверхні вигладжуються;

- висока температура і пластична деформація сприяють дифузійним процесам (навуглецьовуванню, окисненню, взаємному дифузійному проникненню матеріалів пари при терті);

- при раптовому локальному підвищенні температури можуть утворюватися загартовані структури. Цьому сприяють високі тиски, які знижують критичні точки структурних перетворень.

Хімічна дія середовища впливає на зміни в поверхневому шарі деталей таким чином:

- на оголених унаслідок спрацювання чистих ювенільних металевих поверхнях утворюються оксидні плівки під дією кисню повітря або кисню, який міститься в технологічному середовищі чи в мастилі. Ці плівки захищають поверхні від схоплювання. Дослідження тертя тіл у вакуумі, азоті, аргоні, гелії показали досить високу інтенсивність спрацювання, а на повітрі – значно меншу. Це відбувається внаслідок утворення захисних плівок;

- при взаємодії металевих поверхонь з хімічно-активними присадками до мастил утворюються аналогічні плівки. Плівки ефективно захищають поверхні від спрацювання, якщо швидкість їхнього утворення перевищує швидкість їх руйнування;

- у результаті розкладання мастила або технологічного змащувального середовища за високої температури поверхня може насичуватись вуглецем;

- агресивні рідини і гази інтенсифікують процес спрацювання.