Повна версія

Головна arrow Техніка arrow ОСНОВИ ТЕХНОЛОГІЇ МАШИНОБУДУВАННЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ВПЛИВ ЯКОСТІ ПОВЕРХНЕВОГО ШАРУ НА ДОВГОВІЧНІСТЬ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Характеристика поверхневого шару металу

При виготовленні деталей їх робочі і вільні поверхні неможливо виконати ідеально правильними. Крім того, в процесі експлуатації на поверхнях утворюються подряпини, нерівності, а граничний шар металу, який взаємодіє з атмосферою, змінює структуру, фазовий і хімічний склад (рис. 1.45).

Сліди інструменту на поверхні металу після лезвийной обробки

Мал. 1.45. Сліди інструменту на поверхні металу після лезвийной обробки

Поверхневим шаром називається шар металу, який за своїми фізико-механічними і хімічними властивостями значно відрізняється від шарів нижчого металу.

При експлуатації деталей їх поверхневий шар піддається найбільш інтенсивному зносу під впливом механічного, хімічного, теплового, магнітоелектричного, світлової дії. В результаті на поверхні металу з'являються тріщини, сліди корозії, кавітації, ерозії і т.д. Тому до якості поверхневого шару металу пред'являються більш високі вимоги, ніж до металу, що знаходиться в серцевині деталі.

Якість поверхневого шару характеризується безліччю параметрів, які представлені в табл. 1.4.

Геометричні похибки поверхонь в залежності від ставлення кроку S до висоти нерівностей Rz поділяються наступним чином: при S / Rz <50 - шорсткість поверхні, при S / Rz = 50 ... 1000 - хвилястість поверхні, а при S / Rz > 1000 - відхилення від правильної геометричної форми (овальність, конусність, увігнутість і т.д.).

Будь-яка поверхня містить велику кількість дефектів: рисок, раковин, тріщин, сколів, вм'ятин, задирок, пор, викришування, які можуть бути розподілені рівномірно по всій поверхні або бути зосередженими на окремих ділянках.

Класифікація параметрів ШОРСТКОСТІ ПОВЕРХНЕВОГО ШАРУ МЕТАЛУ

Таблиця 1.4

Група параметрів

параметр

Найменування

позначення

Одиниця виміру.

1. Нерівність поверхні: шорсткість

Найбільша висота нерівностей профілю

R / lllIX

мкм

Висота нерівностей профілю

Rz

мкм

Середнє арифметичне відхилення профілю

R ( ,

мкм

Середній крок нерівностей

Sn,

мм

Середній крок нерівностей по вершинах

s

мм

Відносна опорна довжина профілю

tp

%

Радіус заокруглення западин нерівностей

г

мм

Середнє квадратичне відхилення профілю

R 4

мкм

хвилястість

Висота волнистости поверхні

W z

мкм

Середній крок волнистости поверхні

S H

мм

2. Характеристики фізико-хімічного стану поверхні:

структура

Тип структури

-

-

форма фаз

до

розміри фаз

L

мм

орієнтування структури

-

Розподіл фаз за обсягом металу

-

-

Розмір блоків

нм

Кут разоріентіровкі блоків

as

-

щільність дислокацій

S

см * 2

концентрація вакансій

З

-

фагів складу

Тип і число фаз

-

-

Кількість фаз в металі

-

%

Тип кристалічної решітки

-

Параметри кристалічної решітки

а. b, з

мкм

a. PY

хімічний склад

Елементний склад в обсязі сплаву

-

-

Елементний склад фаз

-

-

Концентрація елементів у фазі сплаву

С,

%

Концентрація елементів у фазі

сл

%

Розподіл елементів в обсязі сплаву

-

деформація

Ступінь деформації ланки

S 3

%

Ступінь деформації шару

%

мікродеформацій

UI

%

глибина наклепу

h

мкм

ступінь наклепу

ЛНУ

%

градієнт наклепу

HVrr

МПа / мм

залишкові напруги

мікронапруги

а'ост

МПа

макронапружень

а "ост

МПа

Статичні спотворення решітки

а "ост

МПа

електронна емісія

інтенсивність

1

імп / с

Робота виходу

Е

еВ

За ГОСТ 2789-73 нормування шорсткості здійснюється по висоті (R z , R a , Rmax ) і за параметрами, які характеризують форму, розташування й напрямок микронеровностей в межах базової довжини, - середньому кроку нерівностей S m , середньому кроку нерівностей по вершинах S і відносної опорної довжині профілю tp.

Хвилястість з'являється на поверхні деталі в процесі механічної обробки через вібрації в технологічній системі. Розрізняють поперечну хвилястість з розташуванням хвиль перпендикулярно до руху ріжучого інструменту і поздовжнє - з розташуванням хвиль в напрямку руху інструменту.

Поверхня будь-якого тіла (граничний шар матеріалу) має ряд особливостей в порівнянні з його внутрішніми шарами матеріалу. Атоми, розташовані всередині твердого тіла, мають зв'язки з іншими атомами кристалічної решітки і знаходяться в стійкій рівновазі. Атоми, що знаходяться в граничному шарі металу, мають тільки односторонні зв'язку, тому їх стан неврівноважений. Ці атоми більш активні, вони мають вільної енергією. Крім того, граничний шар матеріалу схильний до впливу атмосферних парів, води, масел, які проникають у внутрішні простору між атомами. В результаті на поверхні металу відбуваються хімічні реакції, які призводять до обезуглероживанию, зниження кількості легуючих елементів і т.д. Вплив зовнішніх чинників посилюється, коли механічна обробка відбувається при високих температурах, які підсилюють швидкість протікання хімічних реакцій. Це може привести до передчасного зносу деталі, її корозії і повної втрати працездатності.

Під дією механічної обробки в металі відбувається пластичне деформування, яке призводить до появи залишкових напруг (рис. 1.46). В результаті окремі ділянки мають залишкові напруги стиску, інші - розтягування. При подальшій механічній обробці або в процесі експлуатації може відбутися перерозподіл залишкових напружень, і деталь отримає спотворення форми.

Епюри напружень в небезпечному перерізі деталі при скручуванні

Мал. 1.46. Епюри напружень в небезпечному перерізі деталі при скручуванні:

а - напруги під дією крутного моменту;

6 - напруги, отримані в результаті зміцнення; в - сумарні напруги при роботі вала з урахуванням зміцнення

Залишкові напруги поділяються на три види:

  • - напруги першого роду, або макронапружень. Вони охоплюють області, розміри яких порівнянні з розмірами деталі і мають орієнтацію, пов'язану з формою деталі. Виникають від неоднорідності силового, температурного поля всередині деталі;
  • - напруги другого роду, або мікронапруги, що поширюються на окремі зерна або групу зерен;
  • - напруги третього роду, що відносяться до спотворень атомних грат.

Напруги другого і третього роду мають різну орієнтацію і малі за значенням, тому не впливають на викривлення деталей. Ці напруги виникають в результаті фазових перетворень, зміни температури, анізотропії механічних властивостей окремих зерен, меж зерен і розпаду зерен на блоки при пластичної деформації (рис. 1.47).

Структура поверхневого шару металевої деталі

Мал. 1.47. Структура поверхневого шару металевої деталі

Залишкові напруги можна визначити розрахунковими і експериментальними методами. При теоретичних розрахунках визначають значення і знак напружень в результаті силового і теплового напруги в залежності від механічних властивостей оброблюваного матеріалу, форми і розмірів деталі. При експериментальних методах залишкові напруги визначають розрахунками по деформації зразка після зняття з нього напруженого шару. Цей метод є руйнівним.

При дослідженнях поверхневого шару широко використовують рентгенівський метод, що дозволяє визначати залишкові напруги і наклеп.

Мікротвердість поверхневого шару визначається методом вдавлення алмазної пірамідки в зрізану під кутом 2 поверхню досліджуваної деталі (рис. 1.48, а). За розмірами відбитка пірамідки на досліджуваному зразку за спеціальними таблицями визначають мікротвердість поверхні (рис. 1.48, б). Для цього використовуються прилади ПМТ-3 і ПМТ-5.

Метод визначення мікротвердості

Мал. 1.48. Метод визначення мікротвердості

Структуру металу поверхневого шару оцінюють металографічним аналізом.

Після механічний обробки металевої заготовки в її поверхневому шарі можна виділити три зони (див. Рис. 1.47):

I - зона, що має сильну деформацію з великими спотвореннями кристалічної решітки. Зерна мають дрібну структуру і мають високу твердість;

II - зона з більш низькою твердістю, зерна витягнуті і рухається один на одного;

III - зона перехідна; в ній стан шару поступово наближається до стану матеріалу в центрі деталі.

Товщина поверхневого шару залежить від методів і режимів механічної обробки, і становить 1 ... 2 мкм при чистових методах обробки і до сотень мікрон при чорновій обробці.

 
<<   ЗМІСТ   >>