Формирование поверхностного слоя деталей

Многие эксплуатационные свойства деталей зависят от состояния их поверхностного слоя: наличие или отсутствие наклепа, микротрещин, твердости и др. Например, тон-вал в аудио- и видеомагнитофонах, протягивающий магнитную ленту, должен обладать высокой износоустойчивостью. Необходимую износоустойчивость можно получить закалкой тон-вала. Но, оказывается, тон-вал, полученный таким способом, имеет склонность к возникновению автоколебаний, что существенно влияет на качество воспроизведения фонограммы. Выход из этой ситуации: сердцевину вала оставить незакаленной (которая будет гасить автоколебания), а поверхностный слой сделать износоустойчивым путем поверхностной закалки или нанесения износоустойчивого покрытия.

В процессе механической обработки заготовка подвергается упрочнению (наклепу). Управлять поверхностным упрочнением можно применением соответствующего способа пластического деформирования (рис. 3.19) или метода механической обработки (табл. 3.22).

В результате упрочнения металла его твердость повышается и в нем возникают остаточные напряжения. Для уменьшения остаточных напряжений в техпроцесс изготовления детали необходимо вводить операции искусственного или естественного старения.

При изготовлении деталей с заданными значениями выносливости (усталостной прочности) необходимо учитывать характер обработки поверхности и условия эксплуатации изделия (табл. 3.23).

Усталостная прочность детали определяется физико-химическими свойствами поверхностного слоя, в частности его упрочнением и напряженностью. Таким образом, усталостная прочность деталей машин зависит от методов и режимов заключительных операций механической обработки.

Рисунок 7

Таблица 3.22

Упрочнение поверхностного слоя стальных деталей

при различных методах механической обработки [11]

Метод обработки			Глубина упрочнения, мкм
	Среднее значение	Мах значение	Среднее значение	Мах значение
Точение обычное	120…150	200	30…50	200
Точение тонкое	140…180	220	20…60	–
Фрезерование торцовое	140…160	200	40…100	200
Фрезерование цилиндрическое	120…140	180	40…80	110
Сверление и зенкерование	160…170	–	180…200	250
Развертывание	–	–	–	300
Протягивание	150…200	–	20…75	–
Зубофрезерование и зубодолбление	160…200	–	120…150	–
Шевингование зуба	–	–	До 100	–
Шлифование круглое – незакаленная углеродистая сталь – малоуглеродистая сталь – закаленная сталь	140… 160 160…200 125…130	200 250 –	30…60 30…60 20…40	– – –
Шлифование плоское	150	–	16…35	–
Притирка пастами ГОИ	112…117	–	3…7	–

Например, выносливость образцов в зависимости от способов отделочной их обработки (табл. 3.24), [24].

Для формирования поверхностного слоя заготовок применяются следующие виды обработки:

Таблица 3.23

Зависимость выносливости от характера обработки поверхности [11]

Характер обработки поверхности	Предел прочности стали σb, кГ/мм2
	47	95	142
	Предел выносливости, в %
Тонкое полирование или притирка	100	100	100
Грубое полирование или суперфиниширование	95	93	90
Чистовое полирование или чистовая обработка резцом	93	90	88
Грубое шлифование или грубая обработка резцом	90	80	70
Поверхность с окалиной после прокатки	70	50	35
Коррозия в пресной воде	60	35	20
Коррозия в морской воде	40	23	13

Таблица 3.24

Выносливость образцов в зависимости от способа

отделочной обработки (по данным Б.В. Бойцова)

Способ отделочной обработки поверхности образцов	Предел выносли-вости, σ-1, МПа
Тонкое точение	800
Шлифование	530
Шлифование + хромирование	150
Тонкое точение + алмазное выглаживание	930
Шлифование + суперфиниширование	680
Тонкое точение + суперфиниширование	830
Тонкое точение + суперфиниширование + хромирование	500
Шлифование + суперфиниширование + хромирование	280

• химико-термическая (цементация, азотирование, нитроцементация);

• упрочнение поверхностным пластическим деформированием;

• лазерное поверхностное упрочнение;

• лазерное легирование и наплавка;

• ионная имплантация;

• плазменные методы нанесения покрытий; электроискровое легирование;

• осаждение покрытий из паровой фазы в вакууме;

• детонационно-газовое нанесение покрытий.

Величина измененного поверхностного слоя при применении перечисленных методов различна – от нескольких микрометров до 2–3 миллиметров.