Физико-механические показатели

Поверхностный слой любой детали всегда отличается от основного мате­риала. Условия предшествующей обработки, особенности воздействия ин­струмента и окружающей среды, а также действие других причин опре­деленным образом отражаются на поверхностном слое. Комбинация по­верхностного слоя и основного материала может рассматриваться как свое­образный композит. Стало возможным так воздействовать на поверхность, что принципиально изменяются ее свойства. Этого добиваются созданием защитных оксидных пленок, а также введением микродобавок легирующих элементов для получения особых защитных свойств поверхностей, например, путем ионной имплантации. Показатели поверхностного слоя рассмотрены ниже.

1. Важнейшим показателем физико-механических свойств поверхностных слоев являются остаточные напряжения. Вид и режимы технологического воздействия определяют знак, величину и картину распределения остаточных напряжений. Растягивающие напряжения обычно отрицательно влияют на эксплуатационные характеристики. В этом случае качество деталей, работающих в условиях знакопеременной нагрузки и имеющих растягивающие напряжения поверхностных слоев, оказывается особенно низким. Для таких деталей необходимо технологическое формирование сжимающих остаточных напряжений, что обеспечивается специальной упрочняющей технологией.

Качество высокоточных деталей обеспечивается небольшим уровнем на­пряжений, поскольку с течением времени без действия внешних нагрузок первоначальная форма этих деталей не должна существенно изменяться. На практике это положение часто игнорируется. Годная, казалось бы, по всем параметрам деталь через определенное время уже в собранной машине, находящейся в стадии хранения и ненагруженная, оказывается бракованной. При воздействии на детали эксплуатационных нагрузок качество их снижается значительно быстрее.

Так, вследствие изменения во времени напряжений в цилиндрах автомобильных и авиационных двигателей происходит овализация цилиндров. Оваль­ность увеличивается очень быстро, и при достижении для определенных двигателей ее значения более 30 мкм срок службы двигателей сокращается в 1,5...2 раза. Аналогичный эффект наблюдается при работе машин, имеющих соединение вал-подшипник скольжения, когда при возникновении отклонений формы изменяется толщина масляного слоя, что при вращении вала с постоянной угловой скоростью приводит к резкому снижению качества.

Необходимо оценивать качество деталей по параметру напряжений. Трудности оценки связаны с наличием в тонком поверхностном слое напряжений обоих знаков и различного уровня.

2.Важным показателем качества деталей является их твердость. Она может существенно изменяться в процессе резания, так как поверхностный слой наклёпывается, а его твердость повышается. Вследствие упругопластической деформации и нагрева поверхностных слоев происходят структурные и фазовые превращения. Последние также являются важным показателем качества.

3. Отмеченные показатели можно назвать макроскопическими. Они наи­более распространены в машиностроении. Вместе с тем в последнее время оценка качества поверхностного слоя все больше и больше проводится с уче­том сложных явлений, происходящих на атомном уровне. Разделение каче­ственных показателей поверхностного слоя на геометрические и физико-ме­ханические оказывается условным. Собственно поверхность неоднородна во всех отношениях. Охарактеризовать подробно поверхностный слой вне его химической природы уже не представляется возможным.