3 Качество поверхности

3.1 Поверхностный слой

Строение поверхностного слоя твердых тел и происходящие в нем явления играют особую роль для протекания большинства процессов старения и разрушения материалов. Состояние поверхностного слоя определяет процессы, возникающие при взаимодействии с другим телом или с окружающей средой, например, при износе, контактной деформации, усталости, коррозии и др. Кроме того, многие виды разрушения всего тела детали начинаются с поверхности и зависят от ее состояния.

Особое влияние поверхностного слоя материала на работоспособность изделий связано со следующими причинами.

Во-первых, поверхностные слои твердого тела наделены избытком энергии, так как молекулы и атомы, находящиеся у поверхности, имеют свободные связи, которые способствуют возникновению таких явлений, как поглощение (адсорбция), прилипание (адгезия), смачивание и другие виды взаимодействия с веществами внешней среды, когда поверхностный слой приобретает своеобразное строение.

Во-вторых, поверхностный слой формируется в результате разнообразных технологических процессов, которые не только образуют необходимую форму поверхности и изменяют свойства материала, но и вызывают ряд побочных явлений, изменяющих свойства твердого тела у его поверхности. Физико-химические параметры поверхностного слоя, его структура и напряженное состояние, как правило, сильно отличаются от свойств всего объема материала.

В-третьих, в процессе эксплуатации идет непрерывное изменение параметров поверхностного слоя в значительно большей степени, чем изменения, происходящие по всему объему тела.

Поэтому большинство отказов изделий связано с процессами, протекающими в поверхностных слоях, и их природа не может быть объяснена без анализа тех изменений, которые претерпевают характеристики поверхностного слоя при эксплуатации изделий.

Прежде чем рассматривать процессы, протекающие в поверхностных слоях, необходимо оценить параметры, которые характеризуют их состояние и по изменению которых можно судить о происходящих явлениях. Эта задача достаточно сложна, как из-за необходимости использовать большое число показателей, так и вследствие их разнообразия по своей физической природе.

Указанные показатели должны характеризовать:

- геометрию поверхностного слоя, включая микрогеометрию и отдельные дефекты поверхности;

- напряжения, возникающие в поверхностных слоях, как на отдельных участках поверхности, так и в микрообъемах;

- структуру поверхностного слоя вследствие пластической деформации, температурного влияния, окислительных процессов и других воздействий.

3.1.1 Геометрические параметры поверхностного слоя. Поверхностный слой с геометрической точки зрения представляет собой довольно сложную формацию.

Как известно, любая реальная поверхность имеет отклонения формы от номинальной (идеальной) поверхности, заданной чертежом.

Макрогеометрия поверхности, т.е. характеристика ее формы (овальность, огранка, конусность, выпуклость и т.п.) является важным фактором, влияющим на работоспособность деталей.

Микрогеометрия, которая имеет не меньшее значение для оценки свойств поверхностного слоя, характеризуется шероховатостью (высотой неровностей или средним арифметическим отклонением профиля от средней линиии рядом других параметров) и волнистостью (совокупность периодически повторяющихся выступов и впадин с шагом, превышающим базовую длину, принятую стандартом для определения параметров шероховатости).

Стремление получить поверхностный слой с наилучшими эксплуатационными характеристиками привело к применению различных технологических процессов финишной обработки, таких как шлифование, полирование, абразивная доводка и др. При этом на строение поверхностного слоя, его геометрические и физические параметры оказывает влияние не только вид технологического процесса окончательной обработки, но и режимы обработки, обусловливающие сложные процессы формирования данного рельефа.