Прочности поверхностного

Нанесение износостойких покрытий — наиболее распространенный и хорошо разработанный метод улучшения триботехнических свойств материалов. На его базе успешно реализованы различные технологические решения, позволяющие существенно улучшить качество поверхностного слоя и повысить прочность сцепления покрытия с подложкой. Конструирование многослойных покрытий является перспективным направлением поверхностной модификации, позволяющим плавно изменять свойство композиции по глубине и исключить отрицательное влияние хрупкого переходного слоя. Материал подслоя выбирают из соображений химической совместимости с основой, а также в целях исключения образующихся в граничной области хрупких интерметаллидных соединений. Идея создания многослойных покрытий реализована для повышения прочности поверхностных слоев, релаксации остаточных напряжений в модифицированных слоях, а также для увеличения вязкости и трещиностойкости.

Из формулы (20.30) видно, что размер колес (габариты) из условия контактной прочности не зависит от модуля (размеров зуба). Это объясняется тем, что размеры площадки контакта малы в сравнении с размерами зуба. Габариты передачи в этом случае можно уменьшить за счет повышения прочности поверхностных слоев зубьев (увеличением [а/;]) путем поверхностной закалки или химико-термической обработки, увеличением приведенного радиуса кривизны точек зубьев путем изготовления колес с положительным смещением х, а также увеличением межосевого расстояния.

Расчет зубьев колеса на контактную прочность основывается на условии прочности поверхностных слоев зубьев по допускаемым контактным напряжениям (см. с. 353).

Прочность сгекла существенно зависит от состояния его поверхности, которое в свою очередь является следствием способа обработки. Отношение прочности внутренних слоев стекла к прочности поверхностных слоев равно 2,6—4. Коль скоро прочность Стекла зависит главным образом ст состояния его поверхности, одним из способов получения высокопрочного стекла является.соответствующая обработка поверхности.

ПРИБОР И УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ

и установка для исследования прочности поверхностных слоев...... 212

Нанесение износостойких покрытий - наиболее распространенный и хорошо разработанный метод улучшения триботехнических свойств материалов. На его базе успешно реализованы различные технологические решения, позволяющие существенно улучшить качество поверхностного слоя и повысить прочность сцепления покрытия с подложкой. Конструирование многослойных покрытий является перспективным направлением поверхностной модификации, позволяющим плавно изменять свойство композиции по глубине и исключить отрицательное влияние хрупкого переходного слоя. Материал подслоя выбирают из соображений химической совместимости с основой, а также в целях исключения образующихся в граничной области хрупких интерметаллидных соединений. Идея создания многослойных покрытий реализована для повышения прочности поверхностных слоев, релаксации остаточных напряжений в модифицированных слоях, а также для увеличения вязкости и трещиностойкости.

Поскольку адсорбция является первичным актом взаимодействия жидкости с твердым телом, проявление адсорбционного эффекта предшествует развитию коррозионных процессов и в отличие от них не зависит от времени контакта среды с металлом. Адсорбционная усталость проявляется в поверхностно-активных жидких средах и является результатом снижения прочности поверхностных слоев металла вследствие эффекта Ребиндера. Адсорбционный фактор снижения усталостной вьшосливости стали в поверхностно-активных средах мало меняется для различных сталей и практически не зависит от прочности и твердости стали. Коррозионный фактор снижения усталостной выносливости в коррозионных средах зависит от прочности и твердости стали, увеличиваясь с их ростом (^14,15j.

Влияние поверхностно-активных присадок на усталостную долговечность связано с адсорбционным понижением прочности поверхностных слоев металла вследствие эффекта Ребиндера {] 14,15,73-83j. Снижение поверхностной энергии металла за счет насыщения свободных валентных связей поверхностных атомов металла при адсорбции ПАВ

Для ряда образцов было зафиксировано образование питтингов на поверхностях трения. Характер процессов, протекающих в контакте в динамических условиях, и механизм образования питтингов может быть различным. Как известно, реальная поверхность металла характеризуется повышенной концентрацией дефектов строения - вакансий, дислокаций и т.п. При интенсивном деформировании поверхностных слоев металла при трении дефекты служат концентраторами напряжений и являются очагами зарождения микротрещин. В результате многократного циклического деформирования происходит развитие микротрещин, их смыкание, отслаивание частиц износа и образование питтингов вследствие контактной или фрикционной усталости металла. Большую роль при этом играет, как указывалось выше, адсорбционное понижение прочности поверхностных слоев металла вследствие эффекта Ребиндера, химическая коррозия, вызываемая серосодержащими лрисадками, а также электрохимическая питтинговая коррозия, возникающая в местах скопления поверхностных дефектов в результате пробоя пассивирующей поверхности пленки окисла. О механизме образования питтингов можно было в какой-то степени судить по их виду. Питтинги усталостного происхождения имели неправильную форму, неровные края, от которых могли отходить поверхностные трещины. Такие питтинги наблюдались для эфира 2-этилгексанола и фосфорной кислоты. Серосодержащие присадки ОТП и Б-1 вызывали появление большого количества мелких питтингов. В присутствии хлорсодержащих присадок хлорэф-ДО и совол возни-

Влияние состава смазочной среды на коррозионно-ме-ханический износ металла обусловлено рядом факторов, среди которых основными являются адсорбционное понижение прочности поверхностных слоев металла по эффекту Ребиндера, расклинивающее давление тонких слоев жидкости в трещинах, химическая коррозионная агрессивность и способность присадок создавать при трении прочные три-бохимические пленки, способность смазочной среды тормозить электрохимическую коррозию и наводороживание металла.

Повышение прочности поверхностного слоя достигается поверхностной закалкой, химико-термической обработкой, наклепом и учитывается коэффициентом влияния поверхностного упрочнения

Качественные различия в действии среды на фрикционные характеристики металлополимерных пар могут быть объяснены, как и для металлических пар, действием двух процессов, обусловленных эффектом П.А. Ребиндера. Этими процессами являются адсорбционное понижение прочности поверхностного слоя и одновременное диспергирующее действие поверхностно-активных веществ, а также интенсификация роста микротрещин. Одновременное протекание указанных процессов определяет механизм фрикционного поведения. Какой из процессов будет ведущим в изнашивании, зависит от напряженного состояния поверхностного слоя и степени взаимной растворимости полимера и смазки.

Влияние поверхностного упрочнения. Повышение прочности поверхностного слоя и появление в нем остаточных напряжений сжатия, препятствующих образованию усталостной трещины, достигается дробеструйным деформационным упрочнением *, накатыванием роликами и шариками, поверхностной закалкой и нагревом ТВЧ, химико-термической обработкой, лазерной обработкой и др. В результате поверхностного упрочнения в ряде случаев предел выносливости повышается в 2...3 раза и более, что является мощным средством повышения долговечности машин при одновременном снижении их массы. Наибольший эффект поверхностное упрочнение дает для деталей, имеющих заметную концентрацию напряжений. Повышение предела выносливости учитывается коэффициентом влияния поверхностного упрочнения Kv, представляющим собой отношение предела выносливости 0-1у„р упрочненного образца к пределу выносливости а_1 неупрочненного образца:

Для достижений максимальной эффективности упрочнения деталей, работающих в условиях статических и динамических нагрузок, рекомендуется содержание углерода в цементованном слое поддерживать в пределах 0,80—1,05%. В случае применения сталей с 0,27—0,34% С глубину цементованного слоя следует назначать в пределах 0,5—0,7 мм. Для цементуемых сталей, содержащих 0,17—0,24% С, глубину цементованного слоя принимают от 1,0 до 1,25 мм. При этом следует иметь в виду, что сопротивление усталости деталей машин без концентраторов напряжений при малых глубинах слоя зависит от прочности сердцевины, при больших — от прочности поверхностного слоя. В этом случае повышение глубины упрочненного слоя оказывается полезным только до 10—20% радиуса детали. При глубине слоя меньше этих значений сопротивление усталости повышается с увеличением прочности сердцевины. При наличии на поверхности деталей концентраторов напряжений сопротивление усталости повышается с увеличением остаточных напряжений сжатия, а глубина слоя должна быть очень малой (1—2% радиуса детали). Главным фактором, вызывающим увеличение предела выносливости при химико-термических методах обработки деталей, являются остаточные напряжения, возникающие в материале детали в процессе упрочнения. При поверхностной закалке т. в. ч. главное влияние на повышение предела выносливости и долговечности оказывает изменение механических характеристик материала поверхностного слоя. В еще большей степени это относится к упрочнению наклепом.

Получили значительное развитие методы, связанные с созданием поверхностного наклёпа (гидравлический автофретаж, накатка роликами или калибровка дорном и др.). Внедряется повышение прочности поверхностного слоя путём бомбардировки его струёй шариков — метод дробеструйной обработки. При обработке по этому методу поверхности металлических деталей подвергаются действию металлической дроби, которая выбрасывается лопатками вращающегося колеса или струёй воздуха и с силой ударяется в поверхность металла.

Применяется для деталей машин и инструментов с целью получения высокой твердости и прочности поверхностного слоя, высокой износостойкости и повышения усталостной прочности. При поверхностной закалке получаются

Цементация (науглероживание) — процесс химико-термической обработки, обусловливающий насыщение поверхностного слоя стали углеродом. Назначением процесса является получение после термообработки (закалки и низкого отпуска) науглероженных деталей повышенных твердости и прочности поверхностного слоя (табл. 17), износостойкости (табл. 18) и усталостной прочности (табл. 19) деталей.

Азотирование — процесс химико-термической обработки, обусловливающий насыщение поверхностного слоя стали азотом с целью повышения твердости (до Нп = 1150) и прочности поверхностного слоя, повышения износостойкости, коррозионной стойкости и усталостной прочности детали.

Назначением процесса является получение после закалки и низкого отпуска цианированных деталей повышенной твердости и прочности поверхностного слоя, износостойкости (см. табл. 18) и усталостной прочности (фиг. 8).

Упрочняющее влияние указанных обработок связано с увеличением прочности поверхностного слоя и созданием

Повышение прочности поверхностного слоя и влияние остаточных сжимающих напряжений приводят к повышению предельных амплитуд напряжений металла (соответствующих пределам выносливости) в поверхностных слоях. Это повышение следует рассматривать в связи с распределением напряжений и характеристики прочности в зонах возможного разрушения [23], [33].