4. Влияние качества поверхности на эксплуатационныесвойства деталей машин

Качество поверхности оказывает значительное влияние на эксплуатационные свойства деталей (износостойкость; статическая, длительная и усталостная прочность; качество посадок сопрягаемых деталей и др.). Установлено, что 80…85% машин выходит из эксплуатации в результате изнашивания деталей, и только 15…20% – по другим причинам.

На величину и интенсивность износа поверхностей в подвижных сопряжениях машин непосредственное влияние оказывает шероховатость.

На рис. 2.14,а показаны зависимости протекания износа по времени работы трущихся пар: 1 – с большей,2 – с меньшей шерохова­тостью.

Первичный износ (приработка) пары характеризуется участком I. При правильном режиме смазки износ протекает медленно (участокII).Аварийный износ характеризуется участкомIII. Продолжительность работы трущихся пар, в пределах размера А допустимого износа, будет различной (Т2 >Т1).

Зависимость износа от высоты неровностей показана нарис.2.14,б. Кривая1получена в сравнительно легких, а кривая2– в тяжелых условиях износа.

На износостойкость трущихся поверхностей оказывает влияние расположение поверхностей. Износ достигает максимального значения при сочетании поверхностей, имеющих одинаковое направлениенеровностей при ихперпендикулярном направлении к движению.Поверхности спроизвольным микрорельефом (рис.2.10,г), благодаряналичию углублений, обладаютлучшей теплоотдачей, позволяют разместить больше смазки и лучше ее удерживать, что способствует уменьшению износа. В микрорельефе (рис.2.10,в) смазка заполняет сетчатые каналыи в процессеэксплуатации выдавливается на трущиеся площадки, уменьшая износ этих поверхностей.

Шероховатость поверхности оказывает значительное влияние на усталостную прочность деталей, на прочность соединений с натягом, на герметичность стыков, увеличивает сопротивление протеканию жидкостей и газов, снижает коррозионную стойкость поверхностей деталей.

Упрочнение металла поверхностного слоя при наклепе сопровождается повышением твердости, усталостной прочности и уменьшением износа. После обработки микротвердость по глубине поверхностного слоя будет непостоянной.

На рис.2.15 показаны наиболее характерные зависимости микротвердости Н от глубины упрочненного слояh относительно микротвердости основного металла Но.

Для получения износостойкого поверхностного слоя в результате наклепа, и прочной связи с основным металлом (рис.2.15,а), необходимо строго регламентировать режим обработки, особенно на упрочняющих операциях (обкатка, дробеструйная обработка и т.п.).

В отдельных случаях наклеп снижает эксплуатационные показатели деталей, например, при рабочей температуре выше 700°С, у деталей из жаропрочных сталей и сплавов. Наклеп уменьшает коррозийную стойкость деталей в 1,5…2 раза, особенно у деталей, работающих при длительном нагружении в коррозионных средах.

В том случае, если в условиях эксплуатации наклеп поверхности недопустим, то его снимают электрохимической обработкой или соответствующей термообработкой.

Эксплуатационные характеристики деталей во многом зависят от величины, знака и глубины распространения остаточных напряжений в поверхностном слое, особенно если детали изготовлены из хрупких материалов и имеют концентраторы напряжений.

Влияние остаточных напряжений зависит от метода нагружения поверхностного слоя детали в процессе эксплуатации. При статическом или динамическом нагружении остаточные напряжения не влияют на процесс деформации и на прочность, так как разрушению предшествует пластическая деформация, при которой эти напряжения значительно уменьшаются или полностью снимаются.

При циклическом нагружении влияние остаточных напряжений рассматривается с учетом их релаксации. При температурах, близких к температуре рекристализации, остаточные напряжения быстро релаксируются и влияние их на усталостную прочность можно не учитывать. При нормальной температуре релаксация протекает медленно, и остаточные напряжения сохраняются и действуют длительное время.

Исследованиями установлено, что, при наличии в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия, усталостная прочность детали повышается на 20…40%, а при наличии напряжения растяжения – снижается на 30%.

На рис. 2.16 показано распределение эксплуатационных напряжений в поверхностном слое.

Остаточные напряжения, независимо от знака, снижают коррозионную стойкость поверх­ности, изменяют форму и размеры детали.

Структурные изменения металла при его механической обработке вследствие прижогов, отпуска закаленной поверх­ности снижают усталост­ную прочность и долго­вечность деталей машин.