Механічна обробка

Поверхні деталей вузлів тертя спочатку утворюється механічною обробкою: точінням, шліфуванням, фрезеруванням, поліруванням і т.п. Вплив ріжучого інструменту (різця, фрези, абразивного зерна) зводяться до пластичної деформації і руйнації матеріалу. Тому практично люба технологічна операція по обробці поверхні призводить до зміни структури і властивостей поверхневого шару в порівнянні з властивостями недеформованого матеріалу. Значна пластична деформація викликає зміцнення поверхневих шарів. Степінь зміцнення оцінюється шляхом заміру мікротвердості на шліфі зробленому в площині перпендикулярній до площини досліджуваної поверхні. У таблиці 2.3 приведене відношення мікротвердості поверхні до мікротвердості в об’ємі при різноманітних видах обробки.

Таблиця 2.3 - Мікротвердість поверхневих шарів

Проте самі верхні шари металу під впливом тертя можуть, навпаки, знеміцнюватись, причому їхня структура наближається до аморфної. Такий шар, товщиною біля 5 нм, називають шаром Бейльбі. Він утвориться, наприклад, при поліруванні.

При обробці матеріалів абразивним інструментом останні залишають на поверхнях тертя впроваджені зерна абразиву, які у вузлі тертя стають джерелом абразивного зносу контртіла. Для усунення цього ефекту використовують спеціальні методи (наприклад, ультразвукові), які частково зменшують вміст абразиву на поверхнях оброблюваного матеріалу.

Крім того, пластична деформація при різанні металів, обумовлює зміну мікроструктури. Більш глибокі зміни можливі при обробці металів, сприймаючих загартування. В результаті високого поверхневого нагрівання, а також швидкого охолодження можливі фазові перетворення і структурні зміни. Так, в процесі шліфування загартованої і відпущеної сталі утворюється приповерхневий шар аустенітно-мартенситної структури з вторинно загартованого металу. Цей шар лежить на шарі, що має структури всіх стадій відпускання. Шар зміненої структури при нормальних умовах шліфування має майже однакову товщину. Такі ж перетворення спостерігаються і при інших видах механічної обробки.

Місцеві фазові і структурні перетворення поверхневого шару шліфованої деталі відомі під назвою шліфувальних припалів. Вони утворюються внаслідок інтенсивного (майже миттєвого) тепловиділення на невеликій ділянці поверхневого шару. При нормальному режимі шліфування припали виникають через вібрації круга (циклічні припали), неправильне встановлення деталі на центрах. Припали є структурними концентраторами напружень, що понижують як опір втомі, так і зносостійкість.

При механічній обробці деталі недеформовані нижні шари матеріалу перешкоджають поширенню зони пластичної деформації верхніх шарів. Крім того, кожній структурній складовій, що утворюються при фазових і структурних перетвореннях, властивий певний питомий об’єм. Цих два фактори наряду з впливом тепла, що генерується в процесі обробки є джерелом залишкових напружень, які суттєво впливають на функціональні властивості поверхонь.

Кристалічні зерна, хаотично розташовані у вихідній структурі, в результаті спрямованої пластичної деформації при механічній обробці і терті набувають витягнутої форми й орієнтуються в напрямку ковзання поверхонь (текстура поверхні, рисунок 2.8). Текстури впливають на величину пластичності поверхневих шарів металів, модуль пружності і, як наслідок, на триботехнічні характеристики.

Рисунок 2.8 - Текстурування поверхневих шарів