Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства деталей

Шероховатость обработанной поверхности, наклеп и остаточные напряжения в поверхностном слое детали значительно влияют на ее эксплуатационные свойства: износостойкость, коррозионную стойкость, усталостную прочность, стабильность посадок, герметич­ность соединений.

Шероховатость поверхности уменьшает площадь фактического касания двух сопрягаемых поверхностей, поэтому в начальный период работы соединения возникают значительные удельные дав­ления, которые ухудшают условия смазки и, как следствие, вызы­вают более интенсивное изнашивание поверхностей (см. § 51).

Микронеровности поверхности являются местом концентрации напряжений, поэтому более шероховатые поверхности имеют мень­шую усталостную прочность в условиях циклической нагрузки. Особенно сильно шероховатость поверхности влияет на предел выносливости детали в местах концентрации напряжений. Коэф­фициент концентрации напряжений для поверхностей, обработан­ных резанием, составляет 1,5—2,5. Установлено, что прочность стальных деталей, обработанных резанием, по сравнению с полированными деталями в условиях знакопеременной нагрузки составляет 40 – 50 %.

Грубо обработанные поверхности более подвержены коррозии, особенно в атмосферных условиях, так как коррозия наиболее интенсивно протекает на дне микронеровностей и мелких надрезов.

Влияние шероховатости R_z на скорость у изнашивания детали показано на рис. 3.4. Из рисунка видно, что снижать шероховатость поверхности в каждом конкретном случае следует до определен­ного предела. Слишком большое снижение шероховатости приводит к

Ухудшению условий смазки, так как на очень чистых поверхностях плохо удерживается смазочный слой. Поэтому поверхность, покрытая пористым хромом, лучше удерживает смазку, чем поверхность с гладким хромовым покрытием.

От шероховатости поверхности зависит и стабильность неподвижных посадок.

При запрессовке детали наблюдается сглаживание микронеровностей, приводящее к уменьшению фактического натяга. В связи с этим уменьшение прочности соединения деталей обнару­живается при более шероховатых поверхностях.

Шероховатость и волнистость поверхности сильно влияют на контактную жесткость стыков сопрягаемых деталей. Уменьшая ше­роховатость и волнистость путем тонкого шлифования, шабрения или тонкой притирки, удается повысить несущую поверхность де­тали до 80—90 % и тем самым повысить контактную жесткость.

Состояние поверхностного слоя детали отражается на ее эксплуа­тационных свойствах. Установлено, что создание в поверхностном слое наклепа и остаточных напряжений сжатия в большинстве случаев повышает усталостную прочность и износостойкость, но одновременно в 1,5—2 раза уменьшает коррозионную стойкость деталей. Последнее обстоятельство объясняется тем, что первичная защитная пленка на сильно деформированном металле легче разру­шается под влиянием внутренних напряжений, что ускоряет про­цесс коррозии.

В зависимости от характера наклепа и шероховатости поверхно­сти детали предел усталости у наклепанных образцов благодаря дей­ствию сжимающих напряжений повышается на 30—80 %, а износо­стойкость металла — в 2—3 раза. Под действием растягивающих на­пряжений предел усталости для сталей повышенной твердости снижа­ется на 30 % и одновременно уменьшается износостойкость детали.

На снижение качества поверхностного слоя значительное влия­ние оказывает его структурная неоднородность. Обезуглероженный поверхностный слой, образовавшийся в процессе ковки или штам­повки заготовки, снижает предел выносливости детали. При изго­товлении ответственных деталей этот слой следует удалить.