Поверхностного слоя

Износостойкость деталей. Упрочнение поверхностного слоя металла уменьшает смятие и истирание трущихся поверхностей, взаимное внедрение поверхностных слоев при механическом и молекулярном взаимодействии. Это способствует повышению износостойкости деталей. Упрочнение также увеличивает диффузию кислорода в металл поверхностного слоя, в результате в нем образуются твердые окислы железа FeO, Fe2O3, Fe3O4, которые препятствуют совместной пластической деформации металлов трущихся поверхностей, вызывающей схватывание, и за счет этого уменьшают износ.

На рис. 9.7 приведены результаты эксперимента по исследованию влияния степени наклепа закаленных валов из стали У8 на их износ при трении скольжения с чугунными колодками со смазкой. График показывает существенное повышение износостойкости с увеличение наклепа.

Рис. 9.7. Влияние наклепа на износ стальных валов

(В.С. Рыльцова)

Однако надо иметь в виду, что положительное влияние наклепа на износостойкость имеет ограничение. Если степень пластической деформации при обработке поверхности превосходит определенное для каждого металла значение, то в металле поверхностного слоя начинается разрыхление (разрывы по плоскостям скольжения и субмикроскопические нарушения сплошности металла). Это явление называется перенаклепом. Переупрочненные слои обладают повышенной хрупкостью и отслаиваются от основной массы, что вызывает резкое увеличение износа.

Поэтому при выполнении механической обработки резанием и особенно методами упрочняющей технологии (обкатке роликами и шариками, выглаживании, виброупрочнении и т.д.) необходимо задавать и контролировать достигаемый наклеп, чтобы предотвратить возникновение перенаклепа.

Усталостная прочность деталей. Результаты многочисленных экспериментальных исследований показывают, что при наклепе металла поверхностного слоя повышение циклической прочности деталей машин в условиях нормальной комнатной температуры может достигать 25 – 30%. (см. рис. 9.8) Этот эффект достигается (при упрочнении без перенаклепа) за счет уменьшения амплитуды циклической деформации и предотвращения субмикроскопических нарушений сплошности (разрыхления), которые могут служить инициаторами развития усталостных трещин. Упрочненный слой нейтрализует вредное влияние наружных дефектов и шероховатости поверхности на развитие усталостных трещин.

Рис. 9.8. Влияние глубины а) и степени б) наклепа, созданного точением на предел усталостной прочности стали 45

Исследования показывают, что усталостные трещины зарождаются не в упрочненном слое металла, а в его глубине. На их зарождение требуются более высокие напряжения и большее количество циклов нагружения, чем при отсутствии наклепа.

Коррозионная стойкость. Как показывают исследования, наклеп снижает коррозионную стойкость детали. Как уже указывалось выше, пластическая деформация и наклеп неравномерен в поликристаллических зернах металла и в его разных фазовых структурных составляющих. Это вызывает неравномерное повышение их внутренней энергии и различное изменение злектродного потенциала. Эти микронеоднородности способствуют образованию большого количества коррозионных микроэлементов. Более наклепанные ферритные зерна становятся анодами, а менее наклепанные перлитные зерна – катодами. В результате возникают электолитические явления, интенсифицирующие адсорбцию и диффузионные процессы и приводящие к повышенной коррозии.

Жаропрочность стали. Практика и экспериментальные исследования показывают, что при рабочей температуре выше 700 – 800^оС наклеп поверхностного слоя во многих случаях оказывается вредным. Длительное воздействие на наклепанный слой высокой температуры приводит быстро к интенсивному разупрочнению, что снижает общие эксплуатационные свойства детали. Результаты исследований показывают, что при значительном наклепе после обработки методами упрочняющей технологии длительная прочность жаропрочных сталей снижается при температуре 700^оС на 11,5 – 27%, а при температуре 800^оС - на 15 – 45%.