5.1. Основные характеристики качества пов-тного слоя деталей.
Пов-ый слой – это наружный слой детали с измененной структурой, фазовым и химическим составом по сравнению с остальным металлом. Самый верхний слой имеет толщину от 1 до 100 нм и представляет собой зону абсорбированных из окр среды молекул и атомов органических и неорг-их в-тв. Слой ниже 1-10 мкм – зона продуктов хим-го взаим-ия ме-ов с окр средой, как правило, это зона окислов. Зона 3 от 1 до неск-их мкм – зона с измененной кристал-ой структурой. Зона 4 – толщина может сост-ть от 0,01 до 5 мм – зона плас-ой дефор-ии ме-ла. Зона 5 – зона осн-го металла.
Для хар-ки поверх-ого слоя исп-ют множество геом-их и физико-мех-их пар-ов, причем это могут быть един-ые, груп-ые, комп-ые, интегральные. 1)Геом-ие пар-ры (точ-ть размера, волн-ть, шер-ть, микрооткл-ие); 2) Пар-ры физ-ого сост-ия; 3) Пар-ры хим-ого состава; 4) Пар-ры мех-ого сост-я.
Методы и средства оценки шерох-ти. Существуют качественные и количественные методы оценки шероховатостей.
Профилометр, калибры, профилометр – профилограф.
Современным является уровень, основанный на сканировании поверхности и получении объемных изображений и шероховатостей-поверхностные неровности отн-тся к геом-им пар-ам и представляют собой сложную период-ую струк-ру. Поск-ку профиль сод-ит большой объем случ-ых знач-ий неров-тей, то для бол-ва норм-ых пар-ов прин-ют усред-ые значения.
Число геом-их пар-ов для оценки шер-ти пов-ти дост-ет > 40 наим-ний. Однако для практического нормирования в большинстве стран мира, как и в России, используют шесть параметров, которые делят на: - высотные: Ra - ср ариф отклонение профиля; Rz - высота неровн-ей профиля по десяти точкам; Rmax - наибольшая высота профиля; - шаговые: Sm — средний шаг неровностей профиля; S — средний шаг местных выступов профиля; Рассмотрим кратко эти нормируемые параметры. Ср ариф откл-ие профиля Ra — среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля от средней линии в пределах базовой длины. Числовые значения параметров Ra, Rz, Rmax, Sm, S определены стандартом, причем для всех трех высотных пар-ов выделены предпоч-ые значения. Из всех перечисленных пар-ов шер-ти наиболее часто применяют пар-ры Ra и Rz. Параметр Ra является предп-ым, так как его определяют по значительно большему числу точек профиля, чем Rz. Использование параметра Rz в качестве контр-го в значительной степени определяется способами измерения рассматриваемых параметров. Значения Ra преим-но измеряют с помощью приборов, снабженных датчиками с алмазной иглой. Треб-ия к шер-ти повер-ти деталей и выбор пар-ов для ее оценки устан-тся исходя из функц-ого назн-ия пов-ти для обесп-ия зад-го кач-ва пов-ти.
1 -область условного обозначения направления неровностей; 2 – базовая длина по ГОСТ 2789-73/пар-ры шер-ти; 3 – способ обраб-тки либо иные указания.
Волн-ть занимает промеж-ное положение между откл-ми формы и шер-тью пов-ти. Возник-ие волн-ти связано с динам-ми проц-ми, вызыв-ми потерей устой-ти сист-ы СПИД и выр-мися в возник-ии вибраций.
Вол-ть пов-ти - это сов-ть период-ки повт-хся неровностей, у к-ых расстояния между смежными возвыш-ми или впадинами превышают базовую длину для имеющейся шер-ти поверхности.
Волн-ть, к-ая должна быть > или = 5кратному знач-ю шага самой большой волны, оценивают на длине участках. Среднеариф-ое откл-ие профиля волн Wa=sum (yi)/N Высота волнистости Wz= берется 5 макс и 5 мин точек от средней линии, затем складывается и делится на 5.
Максимальная высота волнистости – расстояние от наивысшей и низшей точек волнистости.
К числу пар-ов микрог-ии пов-ти относят рег-ые микрорельефы. Это неровности, к-ые в отличие от шер-ти одинаковы по размерам, форме, взаимораспол-ю. Получение рег-ых микрорельефов возм-но путем вибронакатывания цилиндр-их, плоских и фасонных пов-ей. В качестве индентора исп-ется шарик или выглаживатель, к-му сообщают доп-ое асцилирующее движ-ие либо в направ-ии подачи, либо в перпендик-ом оси заготовки. Итогом вибронак-ия явл-тся получение системы канавок, системы рег-ной волн-ти или системы регулярной микронеровности. Данным методом можно обраб-ть и торцевые пов-ти цилиндр-их деталей, од-ко, при этом смещ-ие индентора к оси заг-ки, происх-ит умен-ие ск-ти обр-ки. В итоге получ-м регул-ый микрорел-ф с измен-мся разм-ом канавок.
Область применения: стали и цветные сплавы, например, гильза цилиндра, валы, втулки, оси, подвергающиеся интенсивному износу.; 2) повыш-ие относ-ой опорной длины профиля; 3) создание на пов-ти деталей системы канавок позволяет суще-но улучшить смазку пов-ти. 4) Вост-ие размерной точности деталей; 5) создание сиcтемы декоративных рисунков.
В проц-се мех обр-ки в зоне контакта инстр-та с деталью возникает зона пласт-ого изм-ия ме-ла – очаг деформации. В этом очаге происходят сложные физ-ие явл-ия, обусл-ые непрер-тью самой пласт-кой деф-ии. В рез-те тонкий пов-ый слой имеет раздроб-ную структуру, в ряде случаев измененный физ-кий состав.
В след-е сложных явл-ий сопров-их процесс мех обр-ки происходит интенсивное изм-ние фаз, дробление блоков, разоентировка и др. Иными словами в процессе обр-ки металл находится в сложно-напряженном состоянии. После отвода инст-та происходит перераспред-ие этих напряжений. Напр-ия остающиеся в детали после снятия нагрузки наз-ют остаточными. Реальный ме-л всегда имеет остат-ые напряж-ия.
Биргер ввел три вида внутр-их напряж-ий: 1) напряжения первого рода, это те, к-ые взаимно уравн-ют друг друга в пределах всей детали 2) это те, которые уравнов-тся в пределах нескольких зерен металла 3) это те, которые взаимно уравновешиваются в пределах нескольких атомов. Остат-ые напр-ия в пределах одной детали всегда уравн-ны. На величину, характер распределения и глубину остаточных напряжений оказывают следующие факторы: 1) накопление пластических деформаций; 2) Геометрия очага деформации; 3) Физ-ие св-ва материалов детали; 4) явления на контакте.
Методы исследования остаточных напряжений.
Все методы можно разделить на две группы: 1) Теоретический метод – трудность теоретического определения заключается в том, что сложно, а иногда, и не возможно описать состояние в каждой точке деформируемого пространства. Тогда прибегают к ряду допущений, упрощая задачу, напр., плоская задача, осиметричная и тд. Это позволяет уменьшить количество определяемых величин. 2) Вторая группа методов – экспериментальные – к-ые основаны на измерении деформации в процессе разрезки и вырезки исследуемых образцов, а также деформаций в процессе удаления напряженных слоев.
для исследования окружных, тангенсальных остаточных напряжений использовалось кольцо. Если в процессе разрезки кольцо сжимается, то в наружном поверхностном слое имели место сжимающие остаточные напряжения. Помимо перечисленных методов используют еще: 1) Рентгеновский метод 2) метод основанный на измерении магнитных шумов Баркгаузена; 3) Метод амплитудно-фазовых частотных характеристик 4) Метод, основанный на измерении электронных свойств; 5) Метод основанный на ядерном гамма резонансе; 6) Ультразвуковой метод 7) Акустика.