2.5.3. Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства деталей

Качество поверхности оказывает существенное влияние на эксплуатационные свойства деталей машин: износоустойчивость, усталостную прочность, стабильность посадок деталей (зазоры, натяги), коррозионную стойкость.

В начальный период работы сопряжённых поверхностей деталей машин происходит процесс приработки. При этом сначала наблюдается интенсивный размерный износ, вызванный истиранием погрешностей на вершинах двух сопряжённых поверхностей. По мере истирания вершин площадь контакта поверхностей увеличивается и достигает постоянной величины. После этого износ приобретает стабильное значение.

В зависимости износа сопряжённой пары от времени её работы (рис. 2.17) можно выделить две критические точки и три характерных участка, которые отмечаются также и в зависимости размерного износа резца от пути резания. Точка А представляет конец начального износа (приработки) на участке I. Участок II характеризует нормальное, естественное изнашивание, медленно нарастающее в процессе эксплуатации. После определенного периода работы износ достигает таких размеров, когда дальнейшая эксплуатация машины становится практически невозможной (точка Б). При продолжении работы (участок III) износ растёт чрезвычайно быстро. В точке Б необходима остановка машины и направление её в ремонт.

На начальный износ сопряжённых деталей влияют погрешности геометрических форм поверхностей, величина и направление микронеровностей, наклёп и твёрдость поверхностных слоев сопрягаемых деталей машин. Наклёп, возникающий в поверхностном слое, уменьшает их износ в 1,5 – 2 раза.

Твёрдость поверхностных слоёв деталей повышает износостойкость и усталостную прочность. Качество поверхностного слоя и твёрдость повышают применением упрочняющих методов обработки.


Эти методы основаны на пластическом деформировании поверхностного слоя. Используют следующие методы упрочняющей обработки: дробеструйное наклёпывание, наклёпывание бойками (чеканка), обкатывание роликами и шариками, раскатывание отверстий, дорнование, обработку стальными щётками. Эффективны методы упрочнения поверхностной закалкой и химико-термической обработкой (цементация, азотирование, цианирование, сульфидирование, хромирование).

Сопротивление материала усталости под действием переменной нагрузки возрастает одновременно с уменьшением шероховатости поверхности. Падение усталостной прочности объясняется концентрацией напряжений во впадинах неровностей поверхности, Концентрация напряжений тем больше, чем острее впадины, мелкие надрезы поверхности, риски.

Наклёп и остаточные напряжения сжатия в поверхностном слое повышают усталостную прочность, а остаточные напряжения растяжения снижают её.

Шероховатость поверхности в значительной степени влияет на стабильность посадок деталей. Характер подвижной посадки изменяется в связи с изнашиванием сопрягаемых поверхностей.

Если соединение неподвижных посадок осуществляют благодаря тепловому воздействию, то микро неровности способствуют повышению прочности соединений.

Установлено, что поверхности с меньшей шероховатостью меньше подвержены коррозии. Коррозирующие вещества собираются на дне впадин неровностей поверхности. Распространяясь в глубь металла, они разрушают гребешки шероховатости, образуя новые и т.д. Очевидно, чем меньше высота неровностей, тем медленнее будет протекать коррозия. Поэтому в некоторых ответственных машинах, работающих в неблагоприятных атмосферных условиях, полируют даже те поверхности деталей, которые при обычных условиях эксплуатации можно было бы не обрабатывать.

Наклёп ускоряет коррозию в 1,5 – 2 раза. Это объясняется тем, что при пластическом деформировании материала в нём создаются микронеоднородности, способствующие возникновению большого числа очагов коррозии.