На эксплуатационные свойства деталей машин

 

Свойства поверхностных слоев деталей машин оказывают влияние на следующие эксплуатационные свойства деталей: износостойкость сопрягаемых поверхностей, усталостную прочность, стабильность посадок и коррозионную стойкость.

1. На износостойкость сопрягаемых поверхностей машины влияют следующие их свойства:

- макронеровность (погрешность формы);

- волнистость;

- микронеровность (шероховатость);

- микротвердость;

- остаточные напряжения.

Первоначально рассмотрим влияние шероховатости трущихся поверхностей на их износ (рис. 1.24).

В начальный период износа I изнашиваются выступающие части поверхности – гребешки микронеровностей, слой смазки удерживается на поверхности до тех пор, пока удельное давление не превысит определенного значения, при которых смазка в выступающих точках выдавливается и возникает сухое трение, упругое и пластическое деформирование на этих участках, что приводит к интенсивному изнашиванию контактирующих поверхностей. Таким образом, после приработки параметр шероховатости поверхности R_z отличается от полученного после механической обработки.

 

 

Рис. 1.24. Зависимости износа трущихся поверхностей деталей с меньшей (1) и большей (2) шероховатостями от времени

 

На участке II нормального износа А-Б его интенсивность значительно меньше и постоянна и этот участок определяет срок службы детали. За точкой Б начинается период III интенсивного катастрофического износа, поэтому в этой точке необходимо остановить машину и направить ее в ремонт. Значение начального износа И₁ превышает износ за весь дальнейший срок службы. Если рабочие поверхности трущейся пары (кривая 1) имеют меньшую шероховатость, чем пары 2 (кривая 2), то значение начального износа И₁ < И₂, его интенсивность tgα ₁ < tgα ₂ и продолжительность t ₁ < t ₂. Интенсивность и длительность нормального износа будет зависеть от свойств трущихся материалов и условий работы, а длительность работы трущейся пары с меньшей шероховатостью будет больше T₁ > T₂.

Значение запаса на износ, оставшееся от общего допустимого износа, останется малым, что приведет к сокращению срока службы машины.

На начальный износ сопряженных деталей влияет также форма и направление неровности относительно направления скольжения поверхностей. Наименьший износ трущейся пары достигается при совпадении направления неровности на обеих деталях с направлением скольжения. Наклеп (поверхностное упрочнение) уменьшает износ поверхности в 1, 5–2 раза. Волнистость и погрешности формы трущихся поверхностей уменьшают поверхность контакта и увеличивают удельные нагрузки по сравнению с расчетными, что приводит к повышению износа поверхностей.

2. Усталостная прочность при уменьшении высоты микронеровности возрастает, причем тем больше, чем больше чувствительность материала детали к концентрации напряжений, т. к. чем острее впадины микронеровностей, тем больше возможности появления трещин от усталости металла.

Наклеп и остаточные напряжения сжатия в поверхностном слое повышают усталостную прочность, а остаточные напряжения растяжения снижают ее.

3. Стабильность посадок деталей в значительной степени зависит от шероховатости поверхности.

Характер подвижной посадки изменяется в связи с изнашиванием сопрягаемых поверхностей. Для получения прочного неподвижного соединения микронеровности должны быть возможно ниже, при запрессовке гребешки сминаются и диаметр вала становится меньше предварительно измеренного, а отверстия – больше предварительно измеренного, а сила запрессовки и натяг – меньше, чем рассчитывалось.

Если же соединение осуществится благодаря тепловому воздействию (охлаждение вала или нагрев втулки), то микронеровности способствуют повышению прочности соединения.

4. Коррозионная стойкость поверхностей металлических деталей под действием газов, жидкостей и атмосферного влияния при снижении шероховатости повышается. Коррозирующие вещества собираются на дне впадин неровностей поверхности, распространяясь вглубь металла, они разрушают гребешки шероховатости, образуя новые и т. д., поэтому в некоторых ответственных машинах, работающих в неблагоприятных атмосферных условиях, полируют даже те поверхности деталей, которые в обычных условиях могли бы не обрабатывать. Наклеп ускоряет коррозию в 1, 5-2 раза, это объясняется тем, что при пластической деформации поликристаллического материала, в нем создаются микронеровности, способствующие возникновению большего числа очагов коррозии.