8.2.1. Влияние обкатки на износ деталей

Износ упрочнённых поверхностей существенно зависит от давления, скорости скольжения и наличия смазки. Увеличение силы обкатывания при сухом трении сопряжённых деталей приводит к снижению износостойкости. В случае применения смазки износостойкость существенно повышается (при условии отсутствия перенаклёпа).

Износостойкость деталей, работающих на трение, определяется структурой их поверхностного слоя. Наибольшей износостойкостью обладает та структура, которая состоит из мелкоигольчатого мартенсита с незначительным количеством остаточного аустенита и мелких раздробленных карбидов. Для получения такой структуры часто применяют термическую или химико-термическую обработку с последующим механическим поверхностным упрочнением.

В условиях ограниченных нагрузок целесообразнее упрочнять детали при больших усилиях. Детали, работающие в тяжёлых условиях трения, следует упрочнять при усилиях, не превышающих 750…1000 Н.

Например, втулки и пальцы тяговых цепей элеваторов и втулки валов насосов, изготовленные из сталей 20 и 18ХГТ, подвергали химико-термической обработке и последующему механическому упрочнению шариком с усилием прижатия 2 кН. После этого износостойкость деталей, работающих в гидроабразивной среде, повышается в 2…3 раза. Особенно эффективно упрочнение втулок валов насосов, перекачивающих магнетитовую суспензию: срок их службы, определяемый до упрочнения двумя неделями, увеличивается до трёх месяцев.

Долговечность узлов, содержащих подвижный силовой контакт деталей, может быть увеличена как повышением износостойкости материала деталей, так и оптимизацией рельефа контактирующих поверхностей. Применяя различные способы обработки, можно получать поверхности, различающиеся не только высотой, но и формой неровностей.

Установлены следующие закономерности изменения износостойкости накатанных поверхностей:

- при трении скольжения со смазкой накатанные поверхности обладают более высокой износостойкостью по сравнению с обточенными или шлифованными поверхностями;

- в условиях сухого трения слабые степени наклёпа металла (сглаживающее накатывание) приводят к незначительному повышению износостойкости. С увеличением степени наклёпа темп износа возрастает;

- при трении скольжения со смазкой накатанные поверхности менее подвержены схватыванию и задирам, чем обточенные и шлифованные поверхности;

- при абразивном изнашивании накатывание не влияет на износ поверхностей.

Износ поверхности детали, работающей в паре с накатанной, меньше, чем со шлифованной и, тем более, с точёной. Это объясняется следующим:

- накатывание даёт зеркальную гладкую поверхность с более низкой шероховатостью, чем шлифование;

- зёрна шлифующего материала могут при шлифовании закрепляться на поверхности обрабатываемой детали и служить абразивом, влияющим на износ сопряжённой детали;

- накатанные поверхности лучше удерживают масляную плёнку;

- накатанные поверхности быстрее прирабатываются.

8.2.2. Влияние ппд на характеристики усталостной прочности

Основным показателем эффективности применения поверхностного пластического деформирования является уровень повышения усталостной прочности.

Усталостное разрушение деталей, упрочнённых ППД, может начинаться как с поверхности, так и под поверхностью, обычно на глубине до 1…2 мм. В последнем случае деталь проявляет большее сопротивление усталости и повышенную циклическую трещиностойкость. Место очага усталостного разрушения определяется свойствами поверхности и поверхностного слоя материала, а также геометрией детали, уровнем и характером переменного нагружения и некоторыми другими факторами.

Если напряжения от внешней нагрузки на поверхности близки пределу выносливости упрочняемой детали, а под упрочнённым поверхностным слоем они совпадают с пределом выносливости неупрочнённого материала сердцевины детали, усталостное разрушение равновероятно может начинаться как с поверхности детали, так и под поверхностью. В таком случае очаг подповерхностного разрушения будет располагаться в районе границы раздела упрочнённого слоя и неупрочнённой сердцевины детали.

Трещины зарождаются под поверхностью детали только при нагружении её в низкоамплитудной области. С повышением уровня циклических нагрузок очаг трещин перемещается ближе к поверхности и при высоких нагрузках переходит на поверхность детали.

Непосредственным источником зарождения подповерхностных усталостных трещин в высокопрочной стали являются инородные включения, которые снижают предел выносливости в подповерхностной зоне и существенно способствуют рассеянию характеристик сопротивления усталости.

При высоком уровне действующих в деталях напряжений в результате пластической деформации происходит снятие остаточных напряжений, возникающих при упрочнении, и поэтому могут исчезать преимущества, полученные при упрочнении.

Наибольшая степень упрочнения соответствует тем видам деформации, которые связаны с перераспределением углерода (разупрочнение твёрдого раствора, взаимодействие с дислокациями, выделение карбидов). К таким процессам относится деформационное старение, которое обеспечивает большую степень упрочнения, чем деформация равновесных структур, когда отсутствуют процессы, связанные с перераспределением или выделением углерода. Процесс деформационного старения и происходящее по этому типу. Упрочнение при поверхностном наклёпе мартенсита тем эффективнее, чем больше содержание углерода в стали.

Обкатывание роликами, наклёп дробью и термическая обработка существенно повышает предел выносливости высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, особенно при наличии концентраторов напряжений. Этот способ рекомендуется для изготовления наиболее ответственных корпусных литых деталей машин из феррито-перлитного ковкого чугуна с количеством перлита 50…80%. Томлёные отливки подвергают обработке дробью с целью очистки и упрочнения, отверстия отливок на финише механической обработки обкатывают роликом. Обкатка может быть заменена закалкой обработанных отверстий токами высокой частоты.