Микронеровностей поверхности

К важным требованиям к свойствам материалов пары трения относятся твердость и микротвердость материала. При абразивном изнашивании эти характеристики определяют износостойкость пары трения. Твердость материала прямо влияет на величину внедрения микронеровностей сопряженной поверхности, т.е. на величину деформации при контактном взаимодействии, а следовательно и на вид деформации (упругая или пластическая). В то же время величина деформации зависит от модуля упругости (Е) - важнейшей характеристики упругих свойств металлов. Большинство деталей машин, в том числе детали узлов трения (подшипников качения и скольжения, зубчатых зацеплений и т.д.), работают при циклически действующей нагрузке. Циклическое нагружение испытывают поверхностные слои трущихся деталей вследствие дискретности контактного взаимодействия микронеровностей поверхностей. В условиях циклического нагружения каждый материал разрушается после определенного числа циклов нагружения при действующих напряжениях ниже предела текучести. В материаловедении это явление называется "усталостью", а в качестве характеристики материала, работающего в условиях циклического нагружения, используется предел выносливости - максимальное напряжение, при действии которого не происходит усталостного разрушения после произвольно большого числа циклов нагружения. К материалам деталей узлов трения, рассчитываемых на большой ресурс работы,

Многократные упругие деформации из-за несовершенства структуры материала и неровностей поверхности приводят в определенных условиях к усталостному выкрашиванию поверхностей качения, а многократные деформации микронеровностей поверхностей скольжения разрыхляют структуру и приводят к накоплению дефектов.

При назначении шероховатости поверхности необходимо учитывать, что в процессе сборки и эксплуатации деталей характер их соединения (посадка) изменяется тем больше, чем ниже класс шероховатости сопряженных поверхностей. Это объясняется тем, что чем больше высота микронеровностей поверхностей, тем меньше действительная площадь контакта деталей и больше напряжения в материале. Выступы на сопряженных поверхностях При относительном их смещении сминаются, изгибаются, ломаются и быстро стираются (изнашиваются). При этом размер вала уменьшается, а размер отверстия увеличивается, что вызывает увеличение зазора (или уменьшение натяга), т. е. изменение характера посадки деталей.

где Ягц и Rzn — высота микронеровностей поверхностей цапфы и подшипника, мкм.

При проектировании соединения деталей расчетный натяг б определяют по минимальному табличному натягу бт с поправками, учитывающими уменьшение его вследствие обмятия микронеровностей поверхностей /?гь RZ2 в месте сопряжения, различия рабочих температур tlt tz деталей и коэффициентов линейного расширения «lt a2 материалов сопрягаемых деталей

заключается в интенсификации процессов взаимного внедрения микронеровностей поверхностей, выжимания смазки, усиления молекулярного сцепления, которые в отсутствие вибраций идут менее эффективно и требуют длительного времени для завершения. Явление виброподготовки может быть использовано в случаях, когда необходимо улучшить сцепление поверхностей (например, в различных зажимных устройствах). Следует, конечно, помнить, что эффект виброподготовки после первого скачка пропадает.

В последние годы получили распространение активные пневматические амортизаторы, обеспечивающие низкие собственные частоты установленного на них оборудования и ограничивающие амплитуды колебаний при низкочастотном возбуждении. В работе рассмотрен мембранный амортизатор, выполненный по схеме аппарата на воздушной подушке (АВП) с гибким ограждением [1]. В качестве источника воздуха используется заводская воздушная магистраль давлением р0. При подаче воздуха мембрана 3 принимает торообразную форму и образует нагнетательную 2 и демпферную 4 камеры, соединенные дроссельными отверстиями 5 в мембране (рис. 1). Из амортизатора воздух выходит через кольцевой зазор между мембраной и опорной поверхностью. Расход воздуха через амортизатор невелик, толщина 6 воздушной подушки составляет несколько десятков микрон. Можно предположить, что с увеличением нагрузки W толщина 8 воздушной подушки уменьшается, приближаясь к величинам, соизмеримым с высотами микронеровностей поверхностей опоры 1 и мембраны 3, т. е. при работе амортизатора существует контакт материала мембраны с опорой.

При решении конкретных задач машиностроения в области контакта двух тел задается высота микронеровностей поверхностей контактирующих тел и определяется напряженное состояние узлов и деталей как в месте контакта, так и по всей детали в целом. На рис. 12 представлено решение плоской контактной задачи методом конечных элементов.

С учетом- принятых допущений по геометрии микронеровностей поверхностей субстратов в первом приближении глубину заполнения /г3 можно аппроксимировать зависимостью вида /г3 » Л3/2. На основании формулы (4-35) эквивалентная глубина заполнения адгезивом меж-выступных пространств зависит главным образом от дав-

Рассмотрим составляющие общего термического сопротивления клеевой прослойки. Представим термическое сопротивление клеевого слоя переменной толщины (рис. 4-27,а) сопротивлением слоя постоянной толщины бш, эквивалентного по объему адгезиву во впадинах микронеровностей поверхностей субстратов, т. е.

Повышение эквивалентной волнистости не всегда является определяющим фактором при формировании термического сопротивления. Так, сопротивление соединений :из нержавеющей стали 2X13 меньше сопротивления соединений из 1Х18Н9Т несмотря. на несколько большую эквивалентную волнистость и высоту микронеровностей поверхностей первого (кривые /, 2 на рис. 4-37). Такой характер формирования i/?B от нагрузки обусловлен в первую очередь более высокой теплопроводностью стали 1Х18Н9Т.

При подаче напряжения на электроды начинается процесс растворения материала заготовки-анода. Растворение происходит главным образом на выступах микронеровностей поверхности вследствие более высокой плотности тока на их вершинах. Кроме того, впадины между микровыступами заполняются продуктами растворения: оксидами или солями, имеющими пониженную проводимость. В результате избирательного растворения, т. е. большей скорости растворения выступов, микронеровности сглаживаются и обрабатываемая поверхность приобретает металлический блеск. Электрополирование улучшает электрофизические характеристики деталей, так как уменьшается глубина микротрещин, поверхностный слой обрабатываемых поверхностей не деформируется, исключаются упрочнение и термические изменения структуры, повышается коррозионная стойкость.

'Принцип работы профилометров основан на измерении микронеровностей поверхности путем ощупывания ее алмазной иглой. При перемещении иглы по поверхности обработанной детали игла вследствие неровностей поверхности колеблется вдоль своей оси, причем частота и амплитуда ее колебаний соответствуют шагу и высоту неровностей. Прибор имеет электрическое устройство со специальными датчиками, с помощью которого.автоматически определяет величину среднего квадратического отклонения от средней линии профиля обработанной поверхности детали.

К возможным механизмам модификации свойств поверхности относят [84]: упрочнение за счет образования твердых растворов (в этом случае возникает энергетический барьер, затрудняющий передвижение дислокаций); торможение дислокаций внедренной примесью (атомами, комплексами) и радиационными дефектами; уменьшение размера зерен (что соответствует увеличению площади межзеренных границ, препятствующих движению дислокаций); блокирование дислокаций (за счет искажений кристаллической решетки), обусловленное как объемным несоответствием внедренных атомов, так и появлением выделений или пор. Сюда же относится и образование структур с упрочняющими фазами (карбиды, оксиды, нитриды и т.п.), вызывающими дисперсионное твердение. В результате распыления происходит значительное сглаживание микронеровностей поверхности, исчезают микроострия, что сказывается на процессах трения и изнашивания.

Следовательно, шероховатость поверхностей сопрягаемых деталей связана с требуемой точностью размеров детали. Ориентировочно можно считать, что наибольшее значение средней высоты микронеровностей поверхности /?2 не должно превышать 0,10— 0,25 от допуска на размер 8, т. е. Кг < (0,10ч-0,25) 8 (табл. 6.6).

Песчано-смоляная формовочная смесь содержит мелкозернистый песок и обладает высокой подвижностью. Это позволяет получить более высокую точность отпечатка и меньшую высоту микронеровностей поверхности отливки. При заливке жидкого металла образуется тонкая газовая рубашка, которая предотвращает пригар формовочной смеси. В результате могут быть достигнуты точность размеров, соответствующая 12-му квалитету, и параметр шероховатости поверхности 7?z=20...10 мкм.

температуре и данных металлографического исследования позволил выделить три-области (А, Б, В), различающиеся характером накопления повреждаемости и механизмами разрушения. В области А сочетание параметров (температуры, нагрузки, амплитуды колебаний) обеспечивает надежную и устойчивую работу покрытий. Износ проявляется в виде пластической деформации и нивелирования микронеровностей поверхности.

Шероховатость поверхности измеряется также профилографическим методом. Поверхность детали вдоль определенной линии точка за точкой прощупывается очень тонким штифтом (радиус 2-10 мкм) при незначительном давлении. Щуп прослеживает все неровности ис-' следуемой поверхности, и путь его движения передается механико-оптической и электрической системой в виде пропорционально увеличенного сечения профиля. Имеются также профилографы со световым указателем неровностей поверхности. При измерении щуп от датчика импульсов приводится в колебательное движение, которое заставляет его быстро перескакивать с одной точки измерения на другую. Пределы измерения при этом способе составляют 0,1-125 мкм. Измерение и исследования микронеровностей поверхности образцов могут также проводиться с помощью электронного микроскопа.

Рис. 1. Влияние высоты микронеровностей поверхности стекла ТСМ-700 (а); ТРЛ-10 (б); кварцевого стекла (в) на смачивание свинцом (/) и свинцово-титановым сплавом (2) при 580° С в вакууме 10~5 мм рт. ст.

Такими параметрами, например, можно считать величину электродного потенциала, значение рН среды, высоту микронеровностей поверхности разрушения, толщину окисной пленки. Более полное количество необходимых параметров уравнения (2) может быть установлено только в результате обширных и систематических исследований различных систем материал — среда.

Помимо измерения шероховатости поверхности образцов по параметру Ra (среднее арифметическое отклонение микронеровностей поверхности), периодически записывали профиль микронеров-

Шероховатость поверхности. Влияние на усталость шероховатости поверхности, по сравнению с другими параметрами качества поверхностного слоя деталей, наиболее изучено. Однако в большинстве работ экспериментальных и теоретических устанавливается только качественный характер зависимости усталости от шероховатости поверхности и без учета наклепа и технологических макронапряжений, имеющихся в поверхностном слое после его обработки. Усталостные испытания проводили при комнатной температуре и низкочастотном нагружении. Влияние шероховатости поверхности на сопротивление усталости обычно оценивается различными коэффициентами концентрации напряжений, обусловливаемых геометрическими параметрами микронеровностей поверхности. Имеются также эмпирические формулы, устанавливающие зависимость сопротивления усталости от того или иного критерия шероховатости поверхности. Так, например, И. А. Одинг оценивает изменение сопротивления усталости в зависимости от шероховатости поверхности с помощью эмпирического коэффициента, имеющего следующий вид [56]: