Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства деталей машин.

Шероховатость поверхности оказывает большое влияние на стабильность заданных посадок. В процессе эксплуатации проис­ходит износ поверхностей и характер посадки изменяется. Для предотвращения этого при обработке поверхностей ответственных сопряжении необходимо стремиться достижения минимальной шеро­ховатости. Причем высота шероховатости зависит от требуемой точности проектируемого сопряжения и определяется по следующим формулам:

• при диаметре сопряжения свыше 50 мм:

• при диаметре сопряжения от 18 до 50 мм:

• при диаметре сопряжения менее 18 мм:

где Т - поле допуска детали в мкм;

R_Z - высота неровностей, мкм.

Конструктор, проектирующий новое изделие, должен назначить шероховатость трущихся поверхностей, соответствующую её опти­мальному значению, при котором износ и коэффициент трения при эксплуатации будут минимальными.

На повышение износостойкости деталей существенное влияние оказывают наклёп и остаточные напряжения сжатия в поверхностном слое металла. Это уменьшает смятие и износ поверхностей при их контакте в процессе работы.

Но положительное влияние наклёпа не износостойкость тру­щихся поверхностей имеет место только в определенных условиях.

Оптимальный вариант имеет место, когда микротвердость постепенно понижается по мере углубления в деталь (рис. 64, а). В этом случае связь поверхностного упрочненного слоя с основным материалом прочная.

Рис.64. Варианты поверхностного упрочнения деталей.

Если степень пластической деформации поверхностного слоя выше определенного значения для данного материала, то в металле начинается процесс его разрыхления (рис. 64, в). Поверхностный слой имеет разрушенную кристаллическую решетку и покрыт сеткой мелких трещин.

На рис. 64, б показан вариант, когда микротвердость постоянна в тонком поверхностном слое, а затем резко падает по мере углубления в деталь. В этом случае наклёпанный слой имеет слабую связь с основным металлом.

Таким образом, перенаклёп приводит к резкому снижению изно­состойкости и усталостной прочности деталей. Кроме того, на по­верхности металла возникают зоны коррозии, снижающие стойкость деталей к агрессивным средам.

На прочностные характеристики металла большое влияние оказывают дефекты кристаллической решетки. С одной стороны искажения кристаллической решетки ослабляют металл, с другой -наоборот упрочняют, не давая атомам скользить друг относительно друга.

На рис.65 представлена зависимость прочности металла от числа дефектов. При определенной плотности дефектов (_m ме­талл имеет минимальное сопротивление деформации. Увеличение числа дефектов по сравнению (_m ведет к повышению прочности. Все используемые в настоящее время методы упрочнения (наклеп, легирование, термообработка) соответствуют заштрихованному участку правой ветви кривой. Однако, использование левой вет­ви кривой наиболее предпочтительно. В этом случае прочность резко повышается с приближением структуры кристалла к идеальной.

Рис.65. Зависимость сопротивления деформации от числа дефектов кристаллической решетки.

В настоящее время практически идеальная внутренняя структура достигается при изготовлении угольных, борных, стеклянных и др. волокон. При изготовлении нитевидных кристаллов металла их прочность приближается к теоретической. Так, например, у нитевидных кристаллов железа предел прочности равен 1336 кг/мм, когда у обычного железа только 30 кг/мм , у меди 302 кг/мм и 26 кг/мм , цинка 225 кг/мм и 18 кг/мм соответственно. Все это значительно повысит эксплуатационные свойства деталей машин в ближайшем будущем, когда такие материалы можно будет выпус­кать в необходимых количествах.

На износостойкость и прочность поверхностного слоя деталей машин большое влияние оказывает вид структуры металла. Так мел­козернистая структура более предпочтительна, поскольку она поз­воляет повысить предел текучести железоуглеродистых сплавов в три раза, по сравнению с крупнозернистой.