ВПЛИВ ЯКОСТІ ПОВЕРХНІ НА ЕКСПЛУАТАЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Оскільки експлуатаційні властивості деталей залежать значною мірою від тертя і зносу рухомих сполук, то найбільш істотним параметром якості поверхні є її шорсткість. Саме від шорсткості поверхні залежить стабільність посадок деталей, зазори і натяг в з'єднаннях.

На початку експлуатації, що труться деталей контактують між собою по вершинах нерівностей, і в місцях контакту виникають великі тиску, що перевищують межу міцності. В результаті відбувається зріз, відламування і пластичний зсув вершин нерівностей, що призводить до інтенсивного початкового зносу і збільшення зазорів пари, що треться. Крім того, в процесі підробітки сполучених поверхонь можливий розрив масляної плівки між ними, в результаті виникає сухе тертя, що посилює інтенсивність зносу. Тому після підробітки параметр шорсткості буде значно відрізнятися від отриманого після механічної обробки.

На рис. 1.63 показані графіки залежності зносу сполученої пари від часу роботи. Криві лінії мають дві критичні точки і три ділянки, що характеризують інтенсивність зносу. На ділянці I точка А представляє кінець підробітки. На ділянці II має місце нормальний повільно зростаючий знос. У точці Б знос досягає максимально можливої величини, при якій подальша експлуатація деталей неможлива. У точці Б робота повинна бути зупинена, а деталі необхідно відправити в ремонт або замінити на нові. Якщо робота вироби буде продовжена, то на ділянці III знос буде рости катастрофічно швидко. Величина зносу більше у поверхонь, які мають більший параметр шорсткості, або мають більший крок нерівностей. Так, наприклад, поверхня, що має форму нерівностей з великим кроком (рис. 1.64, б ), буде мати знос більше, ніж поверхня, форма якої представлена на рис. 1.64, а.

Залежність зносу від часу роботи сполученої пари

Мал. 1.63. Залежність зносу від часу роботи сполученої пари

Поверхні з різною формою нерівностей, але з однаковою їх висотою

Мал. 1.64. Поверхні з різною формою нерівностей, але з однаковою їх висотою

Збільшення висоти нерівностей в порівнянні з оптимальним значенням веде до підвищення зносу за рахунок зростання механічного зачеплення, зрізу і сколювання нерівностей. Якщо шляхом механічної обробки отримати поверхню з мінімальною висотою нерівностей, то в цьому випадку величина зносу може зростати в зв'язку з виникненням молекулярного взаємодії поверхонь, що веде до витіснення між ними мастила, заїдання і зчепленню між собою.

Шорсткість поверхні дуже впливає на стабільність заданих посадок. В процесі експлуатації відбувається знос поверхонь, і характер посадки змінюється. Для запобігання цьому при обробці поверхонь відповідальних сполучень необхідно прагнути до досягнення мінімальної шорсткості. Причому висота шорсткості залежить від необхідної точності проектованого сполучення і визначається за такими формулами:

- при діаметрі сполучення понад 50 мм:

- при діаметрі сполучення від 18 до 50 мм:

- при діаметрі сполучення менш 18 мм:

де Г - поле допуску деталі в мкм;

Rz - висота нерівностей, мкм.

Конструктор, який проектує новий виріб, повинен призначити шорсткість поверхонь, що труться, відповідну її оптимального значення, при якому знос і коефіцієнт тертя при експлуатації будуть мінімальними.

На підвищення зносостійкості деталей істотний вплив роблять наклеп і залишкові напруги стиснення в поверхневому шарі металу. Це зменшує зминання і знос поверхонь при їх контакті в процесі роботи.

Але позитивний вплив наклепу на зносостійкість поверхонь тертя має місце тільки в певних умовах.

Оптимальний варіант має місце, коли мікротвердість поступово знижується в міру поглиблення в деталь (рис. 1.65, а). У цьому випадку зв'язок поверхневого зміцненого шару з основним матеріалом міцна.

Варіанти поверхневого зміцнення деталей

Мал. 1.65. Варіанти поверхневого зміцнення деталей

Якщо ступінь пластичної деформації поверхневого шару вище певного значення для даного матеріалу, то в металі починається процес його розпушення (рис. 1.65, в). Поверхневий шар має зруйновану кристалічну решітку і покритий сіткою дрібних тріщин.

На рис. 1.65,6, показаний варіант, коли мікротвердість постійна в тонкому поверхневому шарі, а потім різко падає в міру поглиблення в деталь. В цьому випадку наклепаного шар має слабкий зв'язок з основним металом.

Таким чином, перенаклеп призводить до різкого зниження зносостійкості і втомної міцності деталей. Крім того, на поверхні металу виникають зони корозії, що знижують стійкість деталей до агресивних середовищ.

На міцності металу великий вплив мають дефекти кристалічної решітки. З одного боку, спотворення кристалічної решітки послаблюють метал, з іншого - навпаки зміцнюють, не даючи атомам ковзати одна відносно одної.

На рис. 1.66 представлена залежність міцності металу від числа дефектів. При певній щільності дефектів р т метал має мінімальний опір деформації. Збільшення числа дефектів в порівнянні з р т веде до підвищення міцності. Всі використовувані в даний час методи зміцнення (наклеп, легування, термічна обробка) відповідають заштрихованими ділянці правої гілки кривої. Однак використання лівої гілки кривої найпереважніше. У цьому випадку міцність різко підвищується з наближенням структури кристала до ідеальної.

Залежність опору деформації від числа дефектів кристалічної решітки

Мал. 1.66. Залежність опору деформації від числа дефектів кристалічної решітки

В даний час практично ідеальна внутрішня структура досягається при виготовленні вугільних, борних, скляних і інших волокон. При виготовленні ниткоподібних кристалів металу їх міцність наближається до теоретичної. Так, наприклад, у ниткоподібних кристалів заліза межа міцності дорівнює тисячі триста тридцять шість кг / мм, в той час як у звичайного заліза тільки 30 кг / мм, у міді 302 кг / мм і 26 кг / мм, цинку 225 кг / мм і 18 кг / мм відповідно. Все це значно підвищить експлуатаційні властивості деталей машин в найближчому майбутньому, коли такі матеріали можна буде випускати в необхідних кількостях.

На зносостійкість і міцність поверхневого шару деталей машин великий вплив робить вид структури металу. Так, дрібнозернистий структура більш краща, оскільки вона дозволяє підвищити межу плинності залізовуглецевих сплавів в три рази, в порівнянні з крупнозернистою.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >