Качество поверхностного слоя

В процессе механической обработки поверхностный слой детали испытывает со стороны режущего инструмента силовое и тепловое воздействие. Происходит упруго-пластическое деформирование металла поверхностного слоя. При этом металл приобретает особые свойства, существенно отличающиеся от исходных. Он упрочняется (наклёпывается), в нем возникают остаточные напряжения. Помимо этого режущий инструмент оставляет следы на обработанной поверхности. Возникают микронеровности (шероховатость) на поверхности, высота, форма и шаг которых зависят от многих факторов. Шероховатость поверхности, наклеп и остаточные напряжения определяют в совокупности сущность понятия "качество поверхностного слоя".

Формированию качества поверхностного слоя детали уделяется пристальное внимание. Обусловлено это тем, что разрушение деталей при эксплуатации, как правило, начинается с поверхности, так как поверхностные слои оказываются наиболее нагруженными и подвергаются неблагоприятному воздействию внешней среды. В связи с этим от состояния поверхностного слоя в значительной мере зависят эксплуатационные свойства детали: износостойкость, усталостная прочность, коррозионная стойкость и др. С увеличением глубины и степени наклепа повышаются износостойкость и усталостная прочность деталей машин, эксплуатируемых при нормальной температуре. Однако для деталей из жаропрочных сталей и сплавов (ЭИ6Т7, ЭИ826, ЭИ929), например, лопаток газовых турбин, работающих при высоких температурах (800°С), наклеп оказывается вредным, снижающим сопротивление усталости. Что же касается остаточных напряжений, возникающих в процессе обработки в поверхностном слое деталей, то они не оказывают влияния на износостойкость. Не зависят от величины и знака остаточных напряжений и характеристики усталости деталей из жаропрочных сплавов, работающих при высоких температурах. Однако совсем иная роль остаточных напряжений в деталях, испытывающих циклически изменяющиеся во времени нагрузки при нормальной температуре. В этом случае при наличии в поверхностном слое детали остаточных напряжений сжатия предел выносливости ее увеличивается, тогда как напряжения растяжения снижают сопротивление усталости. Наконец высота шероховатости, направление штрихов обработки, форма и шаг неровностей, размеры опорной поверхности, т.е. параметры, определяющие микрорельеф обработанной поверхности, оказывают весьма сильное влияние на эксплуатационные свойства деталей машин и приборов.

В связи с этим технологический процесс изготовления деталей должен разрабатываться с учетом условий, в которых они в дальнейшем будут работать. При этом необходимо подбирать такие методы и режимы обработки, которые обеспечивали бы оптимальное, с точки зрения эксплуатационных свойств детали, качество поверхностного слоя. Параметры качества поверхностного слоя (глубина и степень наклепа, величина и знак остаточных напряжений) в значительной степени зависят от теплового фактора.

Микротвердость и толщина поверхностного слоя детали определяются процессами, сопутствующими механической обработке: упрочнением (наклепом) и разупрочнением (отдыхом, возвратом). Упрочнение - следствие воздействия сил на металл поверхностного слоя и его деформирования. Процесс упрочнения - атермичен. Глубина залегания упрочненного слоя и степень наклепа тем выше, чем больше величина сил, продолжительность их воздействия и интенсивность пластической деформации металла. При упрочнении повышаются предел прочности, твердость, снижается пластичность, изменяются другие физические свойства металла. Одновременно с процессом упрочнения протекает противоположный ему процесс разупрочнения, который стремится возвратить металл поверхностного слоя в исходное, ненаклепанное состояние. Интенсивность процесса разупрочнения полностью определяется значением температуры и временем ее воздействия на металл поверхностного слоя. При высокой температуре в зоне резания и достаточно продолжительном ее воздействии процесс разупрочнения может быть настолько интенсивным, что наклеп в поверхностном слое полностью снимается. Таким образом, конечное состояние металла поверхностного слоя детали после ее механической обработки определяется количественным соотношением процессов упрочнения и разупрочнения.

Если режим резания или другие условия обработки изменяются таким образом, что количество теплоты, генерируемой в зоне резания, возрастает, то следует ожидать уменьшения степени и глубины наклепанного слоя. Это относится к металлам, при обработке которых структурные изменения в поверхностном слое не происходят. Так, при точении сплава ЭИ437А с увеличением скорости резания от 2 до 5 м/мин глубина наклепанного слоя уменьшается от 141 до 97 мкм, а степень наклепа от 50 до 35%. Объяснение этому вытекает из роли и значения температурно-силового фактора в образовании наклепанного слоя. С увеличением скорости резания повышаются температура на поверхности детали и скорость деформирования. Если же материал не склонен к наростообразованию, то при этом непрерывно снижаются усилия резания и степень деформирования срезаемого слоя. Эти факторы способствуют снижению как глубины, так и степени наклепа.

Поверхностный слой детали после механической обработки находится в напряженном состоянии. В нем возникают остаточные растягивающие или сжимающие напряжения. Величина, знак и закономерность распределения напряжений зависят от свойств обрабатываемого материала, методов и режимов обработки.

Заключение

В данном реферате рассмотрены такие базовые понятия в машиностроении, как точность, размер, формы поверхностей, твердость материалов, химический состав и шероховатость поверхности, которые составляют одну из основ в технологии машиностроения. Рассмотрены и детально изучены передовые методы получения заготовок, как ковка и объемная штамповка. Рассмотрен вопрос об остаточном напряжении металлов и их влияние на качество изготовляемых деталей.

Список источников

1. Анухин В.И. Допуски и посадки. Выбор и расчет, указание на чертежах: Учеб. Пособи.2-е изд., перераб. и доп. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2001.219 с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т.1. - 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 1999. - 912 с.: ил.

3. Остапенко Н.Н., Кропивницкий Н.Н. Технология металлов. Учебник для профессионально-технических училищ. Изд. 2-е М.: "Высш. школа", 1970. - 344 с.: ил.