3.8.2. Влияние физико- механических свойств на эксплуатационные свойства детали

Влияние упрочнения поверхностного слоя на износостойкость. В результате различных видов обработки в поверхностном слое металла под преобладающим действием силового фактора происходит изменение, сопровождаемое поверхностным упрочнением. Слой наклёпанного металла при различных способах обработки неодинаков. Так, при точении он может достигать 1 мм, при развёртывании и протягивании − 0,1-0,2 мм, при шлифовании − 0,12-0,075 мм; при полировании − сотые доли миллиметра.

Наличие наклепа в большинстве случаев вызывает существенное снижение износа поверхности (рис. 144).

Учитывая, что наклёп поверхностного слоя увеличивает износостойкость поверхности, широко применяются специальные методы упрочняющей обработки: обработка шариком, роликом, дробью, дорнование и т.д.

Рис. 144. Изменение износа поверхности при различных методах обработки поверхности детали: 1 – обработка шлифованием; 2 – обработка шариком	Рис. 145. Изменение износа поверхности от наклепа

В период приработки трущиеся пары приобретают не только оптимальную шероховатость, но и формируют оптимальную микротвёрдость поверхностного слоя (упрочнение). Для случаев, когда микротвёрдость до изнашивания мала (<), формирование оптимальной микротвёрдости происходит следующим образом: если полное истирание и смятие неровностей не увеличивает несущей способности поверхности до требуемой величины (величины, уравновешивающей внешнюю нагрузку), то интенсивное истирание поверхности продолжается. Таким образом, в поверхностном слое продолжает происходить пластическая деформация, а следствием этого является увеличение упрочнения, что происходит до тех пор, пока рост предела текучести металла, связанный с его упрочнением, не обеспечит требуемую несущую способность поверхности. При этом величина упрочнения приближается к оптимальной. В случае, когда микротвёрдость до изнашивания велика (>), то в процессе приработки под действием возникающей при трении температуры происходит снижение микротвердости до соответствующего предела текучести, обеспечивающего равенство несущей способности поверхности и внешней нагрузки. В этом случае величина упрочнения стабилизируется около ее оптимальной величины.

Положительное влияние наклепа на износостойкость наблюдается только до определённой степени наклепа. При превышении этой степени происходит перенаклёп, сопровождающийся охрупчиванием зоны перенаклёпанного металла, отслаиванием его от основной массы, шелушением и усиленным износом (рис. 145).

Влияние упрочнения на усталостную прочность. В результате упрочнения поверхностного слоя, наряду с увеличением износостойкости соединений, увеличивается и усталостная прочность на 15-20%.

Упрочнённый поверхностный слой препятствует росту существующих и возникновению новых усталостных трещин. При наличии упрочняющего слоя усталостные трещины зарождаются не в поверхностном слое, а в глубине детали. Появление таких трещин и дальнейшее их развитие возможно при бòльших циклах нагружения, чем при отсутствии упрочнения.

Влияние упрочнения и остаточных напряжений на антикоррозионную стойкость. Механическая обработка, вызывающая наклёп поверхностного слоя, приводит к изменению антикоррозионной стойкости металла. При длительном статическом нагружении в коррозионных средах наклёп и остаточные напряжения могут стать причиной коррозионного растрескивания стали. Коррозионное растрескивание в этих случаях устраняется при снятии наклёпа отжигом. При работе в условиях высоких температур, выше 700-800 ^◦С, наклёп, также как и остаточные напряжения, является вредным. Благоприятное влияние наклёпа на долговечность работы деталей машин наблюдается только при обычных условиях эксплуатации.

Влияние остаточных напряжений на износостойкость поверхностей. По данным исследований остаточные напряжения поверхностного слоя, возникающие в процессе обработки поверхности, не влияют на износостойкость при нормальных условиях работы (в условиях терния- скольжения в режиме окислительного износа). Независимо от знака и величины напряжений в процессе эксплуатации под действием протекающей пластической деформации металла напряжения снимаются полностью, так как по природе своей они являются упругими, и в дальнейшем в поверхностном слое возникают напряжения сжатия, зависящие только от условий трения.

Влияние остаточных напряжений на усталостную прочность. Исследования показали, что остаточные напряжения сжатия повышают предел выносливости, а остаточные напряжения растяжения уменьшают его. Для сталей повышенной твердости за счёт сжимающих напряжений повышение предела усталости можно достигнуть на 50%, а растягивающие напряжения снижают предел усталости порядка на 30%.