Микрообъемах поверхностного

3) Микрогеометрия (микронеровности) поверхности, т. е. шероховатость, обусловленная наличием гребешков и впадин. Величина микронеровностей характеризует чистоту обработанной поверхности. Поверхность может быть волнистой и в то же время грубошероховатой

Испытанием стали с сульфоцианированным слоем при ударно-контактных нагрузках установлено, что в первый момент происходит интенсивный износ наиболее мягкой по сравнению с другими зонами слоя сульфидной пленки и «вмазывание» сернистых соединений в микронеровности поверхности находящейся под ней карбо-нитридной зоны (20]. Дальнейшее воздействие нагрузок и теплоты, выделяющейся на контактирующих поверхностях, способствует миграции серы в более глубокие зоны слоя, что обеспечивает повышение его износостойкости.

г) обработка поверхности сварного шва металлическими щетками с ударными элементами. При этом в поверхностных слоях возникают напряжения сжатия, микронеровности поверхности сглаживаются, а в наклепанном поверхностном слое образуется специфическая мелкодисперсная структура;

При исследовании влияния на усталость качества поверхностного слоя деталей после механической обработки вначале рассматривали только шероховатость поверхности, считая, что чем меньше микронеровности поверхности, тем выше усталостная .прочность. Позже были введены еще три параметра: остаточные напряжения, глубина и степень поверхностного наклепа, обусловленные пластической деформацией металла поверхностного слоя.

Величина силы трения, возникающей на единичной микронеровности контактирующих тел, зависит от ее геометрической конфигурации, напряженного состояния в зоне контакта, механических свойств поверхностного слоя менее жесткого из взаимодействующих тел и физико-химического состояния поверхностей контактирующих тел. В общем случае микронеровности поверхности не имеют правильной геометрической формы, их форма близка к форме сегментов эллипсоидов, большая полуось которых совпадает с направлением обработки поверхности. При вычислениях сил трения и интен-сивностей износа наиболее широко распространена сферическая модель шероховатой поверхности. Согласно этой модели микронеровности считают шаровыми сегментами постоянного радиуса.

Поверхность детали, обработанная на металлорежущих станках или полученная иным путем, оказывается шероховатой, т. е. изборожденной рядом чередующихся выступов и впадин разной формы и сравнительно малых размеров по высоте и шагу, представляющих собой микронеровности поверхности.

Подача осуществляется таким образом, чтобы зазор между инструментом и заготовкой был заполнен тонким слоем рабочей жидкости, предотвращающей металлический контакт между электродами, несмотря на наличие определенного давления на них. При очень малом зазоре цепь постоянного тока оказывается замкнутой через выступающие микронеровности поверхности, при этом начинается процесс съема металла.

При электромеханическом выглаживании поверхностей [1] микронеровности поверхности нагреваются током большой силы и малого напряжения, проходящим через контакт инструмента с деталью, и под давлением инструмента деформируются и сглаживаются. Сила тока / = 100-j-1000 а и вторичное напряжение U = 2,5-ь 10 в регулируются в зависимости от сопротивления контакта, исходной чистоты поверхности и требований к качеству поверхностного слоя. Скорость при обработке v = 0,2-т-2 м/сек, подача s = 0,2-^0,5 мм/об, сила давления Р = 50-7-200 кГ, Пластинки или ролики для выглаживания выполняются из твердого сплава Т60К6 или Т15К6. Чистота поверхности повышается с уЗ—V4 до V8—V9, микротвердость — в 1,5—3 раза. Применяется для обработки стали и чугуна.

Рис. 90. Влияние размера металлической дроби на величину микронеровности поверхности отливки из стали 35Л.

Сущность метода алмазного выглаживания состоит в том, что оставшиеся после обработки резанием микронеровности поверхности выравнивает перемещающийся по ней прижатый алмазный инструмент. Алмаз, закрепленный в державке, не вращается, а скользит по поверхности. Рабочая часть инструмента выполнена в виде полусферы, цилиндра или конуса. Чем тверже материал обрабатываемой заготовки, тем меньше радиус скруг-ления рабочей части алмаза.

Абразив внедряется в поверхность притира и удерживается в ней, в результате чего каждое абразивное зерно может снимать весьма тонкую стружку. Поэтому притир можно рассматривать как очень точный абразивный инструмент. Притир или заготовка в процессе обработки должны совершать разнонаправленные движения. Микронеровности поверхности при притирке сглаживаются за счет совокупного воздействия на заготовку абразивных зерен и химически активных веществ.

Эрозия — это износ и. выбивание частиц из поверхности твердого металла под влиянием потока жидкого металла. Кавитацией называют разрушение твердого металла под микроударным воздействием жидкометаллической среды; это воздействие проявляется при захлопывании на поверхности твердого металла паровых пузырьков, имеющихся в жидкости. Следовательно, кавитация — это усталостный процесс, протекающий в микрообъемах поверхностного слоя твердого металла.

В отличие от объемного напряженно-деформированного состояния при трении максимальные напряжения возникают во всех микрообъемах поверхностного слоя. Это происходит не одновременно вследствие дискретности контакта и зависит от скорости относительного перемещения поверхностей. Напряженно-деформированное состояние в контактной зоне при трении весьма специфично и характеризуется следующими факторами: 1) высоким значением отношения поверхности к деформируемому объему при прямом силовом воздействии на структуру поверхностного слоя в зонах фактического контакта, поэтому пластическая деформация локализуется в тонких поверхностных слоях; 2) высокой однородностью пластической деформации и аномальной пластичностью поверхностных слоев; это обусловлено наличием сверхвысоких гидростатических давлений в зоне контакта, знакопеременным характером приложения сдвигающих напряжений, а также эффектом адсорбционного поверхностного пластифицирования при наличии смазочной среды с поверхностно-активными веществами (эффект П.А. Ре-биндера); 3) воздействием среды, обусловливающим трансформацию фазового состава, структуры, а следовательно, и деформируемости поверхностных слоев при трении.

ния грузоподъемных машин), когда точки накладки с максимальным и минимальным давлениями периодически меняются местами, неравномерность изнашивания накладки несколько уменьшается. У автомобильных колодочных тормозов, имеющих больший угол обхвата, чем тормоза грузоподъемных машин, также отмечается неравномерность износа накладки по дуге обхвата (фиг. 345) [13]. Во всех случаях испытаний фрикционных материалов в примерно одинаковых условиях износ их при трении по чугуну оказывается несколько меньшим, чем при трении по стали. Износ чугунного тела также оказывается меньшим, чем стального. Это объясняется наличием в чугуне свободного графита. При высоких температурах графит весьма интенсивно поглощает тепло в микрообъемах поверхностного слоя, так как, оставаясь всегда в кристаллическом агрегатном состоянии, он равномерным слоем покрывает поверхность трения, что способствует отводу тепла с перегретых объемов

Важнейшую роль в явлении изнашивания иг-.рают процессы упругой и пластической деформации, протекающие в активных слоях контактирующих тел. Пластическая деформация локализуется в микрообъемах поверхностного слоя металла, примыкающих к пятнам касания. В ходе трения пятна касания непрерывно перемещаются по поверхности трения, вовлекая последовательно всю поверхность в деформационный процесс. В результате этого на поверхности трения достигается высокая равномерность и высокая степень пластической деформации, которые обычно недостижимы в условиях объемного деформирования. Установлено, что некоторые микрообъемы материала в зоне контакта подвергаются действию всесторонних сжимающих напряжений, в результате чего может происходить пластическая деформация даже таких хрупких высокопрочных фаз, как карбиды, мартенсит.

В отличие от объемного напряженно-деформированного состояния при трении максимальные напряжения возникают во всех микрообъемах поверхностного слоя. Это происходит не одновременно вследствие дискретности контакта и зависит от скорости относительного перемещения поверхностей. Напряженно-деформированное состояние в контактной зоне при трении весьма специфично и характеризуется следующими факторами: 1) высоким значением отношения поверхности к деформируемому объему при прямом силовом воздействии на структуру поверхностного слоя в зонах фактического контакта, поэтому пластическая деформация локализуется в тонких поверхностных слоях; 2) высокой однородностью пластической деформации и аномальной пластичностью поверхностных слоев; это обусловлено наличием сверхвысоких гидростатических давлений в зоне контакта, знакопеременным характером приложения сдвигающих напряжений, а также эффектом адсорбционного поверхностного пластифицирования при наличии смазочной среды с поверхностно-активными веществами (эффект П.А. Ре-биндера); 3) воздействием среды, обусловливающим трансформацию фазового состава, структуры, а следовательно, и деформируемости поверхностных слоев при трении.

В настоящей работе рассмотрены вопросы механического разрушения металлов жидкостью, протекающего в микрообъемах поверхностного слоя. Установлено, что в этом случае в разрушении металла кроме кавитации участвуют и другие разрушающие факторы. Этот процесс поверхностного (контактного) разрушения металла обычно называют общим термином — гидроэрозия.

Полученные рентгенограммы фотометрировали на регистрирующем фотометре. Критерием оценки изменений в поверхностном слое образца по мере увеличения скорости его движения служили остаточные напряжения. Результаты рентгенографирования показывают, что ширина линий (310) а начинает заметно увеличиваться только при скоростях, превышающих 20—25 м/с (рис. 33). При меньших скоростях ширина интерференционных линий по сравнению с ее значением для исходного состояния образца практически не изменяется. С увеличением времени испытания при этих же скоростях соударения ширина линии (310) а увеличивается. Изменение ширины линии (310) а, измеренной на половине высоты максимума почернения, указывает на наличие в поверхностном слое остаточных напряжений II рода, а также на измельчение блоков структурной мозаики ферритных зерен. При увеличении скорости выше 25 м/с изменения в микрообъемах поверхностного слоя, вызванные остаточными напряжениями, резко возрастают. Глубина и степень эрозионного наклепа также увеличиваются с ростом скорости соударения и времени испытания образца (рис. 34, а, б). При скоростях соударения меньше 25 м/с наклеп металла в поверхностном слое практически не обнаруживается.

Таким образом, данные рентгенографического исследования указывают на то, что в стали 25Л пластическая деформация в микрообъемах поверхностного слоя происходит только при скоростях, превышающих 25 м/с. Для других сплавов это предельное значение скорости может быть другим в зависимости от природы и свойств испытуемого металла или сплава.

Из приведенных выше данных видно, что микроударное воздействие вызывает в микрообъемах поверхностного слоя различного рода остаточные напряжения, и в том числе сжимающие напряжения I рода, обусловливающие появление в металле наклепа. Для определения глубины наклепанного слоя применяли рентгенографический способ, позволяющий снимать рентгенограммы методом обратных отражений. Исследованию подвергали плоскость образца до и после микроударного воздействия, а также после снятия с этой плоскости тонкого слоя металла (толщиной 10—40 мкм). Последовательное удаление тонких слоев металла (травлением в 10%-ном растворе азотной кислоты) с поверхности образцов, подвергнутых испытанию, и последующее снятие рентгенограмм позволило установить, что с увеличением толщины удаляемого слоя степень наклепа уменьшается. Глубина наклепанного слоя зависит от продолжительности микроударного воздействия (рис. 69). В начальной стадии испытания глубина наклепа значительно увеличивается, а затем происходит постепенная стабилизация. После испытания в течение 40—50 мин появляются очаги разрушения.

В сталях со структурой нестабильного аустенита микроударное воздействие, как уже сказано, вытекает в микрообъемах поверхностного слоя образование мартенсита. Следовательно, сопротивление разрушению в этом случае будет определяться не столько аустенитом, сколько мартенситом, который обладает наиболее высоким сопротивлением пластической деформации и хрупкому разрушению (отрыву). Например, углеродистая сталь с содержанием углерода 0,4% после закалки и отпуска при 300° С обладает высоким сопротивлением отрыву 2481 МПа [43].

На механизм зарождения и развития трещин большое влияние оказывает интенсивность микроударного воздействия. При больших скоростях соударения в микрообъемах поверхностного слоя металла возникают высокие напряжения. В этих условиях могут действовать многие источники дислокаций. В результате процессы связанные с образованием различных дефектов, протекают по плоскостям скольжения с некоторым опережением (по отношению к процессам, протекающим по границам зерен.) При этом трещины образуются прежде всего в теле зерна и разрушение носит транскристаллический характер (по плоскостям скольжения).