5.2.2. Наклеп поверхностного слоя при резании металлов

Под наклепом металла следует понимать повышение его прочностных свойств и твердости при его пластическом деформировании. Первоначальная пластическая деформация металла, образующего поверхностный слой, протекает в зоне стружкообразования, так как начальная граница этой зоны (линия СЕ), как правило, лежит ниже линии среза (рис. 118). Другой причиной деформации поверхностного слоя (а следовательно, и упрочнения) является то, что резание металлов осуществляется инструментом, лезвие которого всегда имеет некоторый радиус округления . Для заточенных алмазным кругом резцов радиус  может быть в пределах от 3 до 10 мкм. Для резцов, имеющих износ h_з от 0,1 до 0,3 мм, радиус округления составляет 20...60 мкм.

Рис. 118. Схема процесса резания с образованием наклепа глубиной упрочнения H_у

При наличии  часть металла выше линии АВ уходит в стружку, а слой металла толщиной Н_сж не срезается, а подминается округленной частью резца, подвергаясь упругой и пластической дефор­мации.

Третьей причиной деформации поверхностного слоя является частичное упругое восстановление несрезанного деформированного металла на величину H_y. Это приводит к появлению на задней поверхности инструмента нормальных и касательных сил, а следовательно, и к дополнительной пластической деформации поверхностного слоя.

Таким образом, металл, образующий поверхностный слой, в процессе резания претерпевает неоднократное пластическое деформирование. Это приводит к изменению всех физико-механи­ческих свойств и структуры металла. Основными характеристиками наклепа являются: степень наклепа H и глубина наклепанного слоя h_с. Степень наклепа определяется по формуле

H = (H₁ – H)100%/H,

где H₁ – микротвердость детали непосредственно с поверхности;

Н – микротвердость исходного металла.

Методы определения наклепа. В соответствии с изменениями, происходящими в поверхностном слое, глубина наклепанного слоя определяется или по изменению микротвердости по сечению детали, или рентгеноструктурным методом по изменению характера интерференционных линий на рентгенограммах при послойном стравливании исследуемой поверхности.

Наиболее распространенным методом исследования глубины и степени наклепа в настоящее время является метод измерения микротвердости. Метод заключается в исследовании микротвердости материала (металла) на участке наклонного микрошлифа (рис. 119),

а

б

Рис. 119. Измерение микротвердости образца по глубине поверхностного слоя: а – схема нагружения; б – следы алмаза;

1 – образец

изготовленного на специальном приспособлении. Для измерения глубины и степени наклепа обработанных поверхностей исполь­зуется микроскоп ПМТ-3 и метод косых шлифов. Для проведения исследований изготовлены специальные косые образцы. Измеряя на косом срезе отпечатки алмазного наконечника, по формулам или по таблицам определяют микротвердость образца на разной глубине.

Между h_с и Н существует тесная взаимосвязь h_с = k·Н, где K – коэффициент пропорциональности.

Наклеп поверхностного слоя в значительной степени зависит от многих технологических факторов – элементов режима резания, геометрических параметров инструмента и состояния его режущего лезвия, свойств инструментального и обрабатываемого материалов, вида СОЖ и т.д.