Физико-механические свойства поверхностного слоя

Силы и температура в зоне резания оказывают влияние на формирование поверхностного слоя, поэтому его физико-механические свойства отличаются от исходного материала.

Материал поверхностного слоя испытывает:

- наклеп;

- разупрочнение;

- изменяется его структура и микротвердость;

- образуются остаточные напряжения.

Результатом упругой и пластической деформаций материала обрабатываемой заготовки является упрочнение (наклепывание) поверхностного слоя. Упрочнение металла обработанной поверхности заготовки проявляется в повышении ее поверхностной твердости. Твердость металла обработанной поверхности после обработки резанием может увеличиться в 2 раза. Значение твердости может колебаться, т.к. величина пластической деформации и глубина ее проникновения зависят от физико-механических свойств материала обрабатываемой заготовки, геометрии режущего инструмента и режимов резания.

Микротвердость поверхностного слоя определяется методом вдавливания алмазного наконечника с ромбическим основанием на приборах ПМТ-3 или ПМТ-5 (при этом исследуемую поверхность срезают под углом 30’¸2°. Таким образом образуется косой срез, который позволяет значительно увеличить глубину поверхностного слоя).

Структуру поверхностных слоев металла оценивают металлографическим анализом с помощью металлографических микроскопов.

Рис.92.

В поверхностном слое металла заготовки возникают остаточные напряжения в результате упругопластического деформирования, которые могут быть растягивающими и сжимающими.

Напряжения растяжения снижают предел выносливости материала, приводят к появлению микротрещин в поверхностном слое, развитие которых ускоряется действием коррозирующей среды.

Напряжения сжатия повышают предел выносливости деталей.

Конечное состояние поверхностного слоя зависит от преобладания силового или теплового воздействий резания. Это зависит от режимов резания и геометрических параметров режущего инструмента.

Изменение, связанное с увеличением силового фактора приводит к увеличению упрочнения. С другой стороны, изменение параметров обработки, связанное с увеличением температуры приводит к уменьшению упрочнения (разупрочнение).

 

 

Рис.93.

Изменение режимов обработки, связанных с увеличением силового фактора приводит к появлению в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия, а связанных с увеличением температурного фактора – растяжения.

Окончательное состояние поверхностного слоя зависит от преобладания того или иного фактора.

 

х – параметр обработки

 

Рис.94.

Оценим тенденцию изменения остаточного внутреннего напряжения:

1) преобладание температурного фактора – растяжение;

2) преобладание силового фактора – сжатие.

Точка пересечения – отсутствие упрочнения и разупрочнения и остаточные напряжения нулевые. В точке пересечения оптимальное значение режимов резания

Как только достигается предел текучести происходит смена напряжения растяжения на напряжение сжатия. (Пунктиром показано действительное положение дел). Интервал очень мал и исследователь не успевает попасть в «0» точку, происходит «скачок».