Физико-механические свойства. Физико-механические свойства поверхностного слоя определяют отклонениями

Физико-механические свойства поверхностного слоя определяют отклонениями физических и механических свойств верхнего слоя металла от свойств металла в сердцевине детали, то есть его твердостью, структурными и фазовыми превращениями, величиной, знаком, и глубиной распространения остаточных напряжений, деформацией кристаллической решетки материала. При применении химико-термических методов обработки изменяется также химический состав материала поверхностного слоя. (Физические характеристики - это микроструктура, микротвердость и поверхностные напряжения на поверхности детали).

Например.

При резании поверхностный слой детали претерпевает пластические деформации, поэтому его свойства оказываются отличными от свойств исходного металла (заготовки). Металл в этом слое оказывается упрочненным, его твердость повышается, в нем возникают внутренние напряжения.

При чистовом фрезеровании толщина упрочненного слоя не превышает нескольких сотых миллиметра, при черновом фрезеровании цилиндрической фрезой достигает 0,12 мм (средние значения 0,04…0,08 мм) и при черновом фрезеровании торцовой фрезой 0,2 мм (средние значения 0,06…0,10 мм).

Упрочнения приводят к появлению внутренних напряжений в поверхностном слое, которые понижают усталостную прочность детали и вызывают ускоренное разрушение ее в работе.

Поэтому при обработке стремятся не применять затупленного инструмента, уменьшать при помощи интенсивного охлаждения температуру в зоне резания, по возможности разделять съем припуска на черновой и чистовой переходы, не увеличивать без необходимости подачу.

Дополнительно.

В готовой детали качество обработанных поверхностей в основном обеспечивается при окончательной обработке предварительная обработка, а также заготовительные процессы в определенной степени влияют на качество поверхности готовой детали в силу технологического наследования исходных свойств заготовки на разных этапах ее обработки. Необработанные поверхности сохраняют качество, полученную при изготовлении заготовки. Достижения требуемого качества поверхностей деталей машин и поддержание ее на заданном уровне в производственных условиях является задачей построения всего технологического процесса.

Причины измененных физических свойств.

1. При воздействии режущего инструмента на обрабатываемой материал, его поверхностный слой подвергается пластической деформации, сопровождающейся упрочнением и изменением некоторых физических свойств, а именно: разрушением и вытягиванием (переориентацией) кристаллических зерен металла; изменением микроструктуры, в следствии деформации кристаллической решетки; возникновением явлений наклепа.

2. Выделяющаяся в зоне резания теплота (при нагреве до 1000°С и более) мгновенно нагревает также и поверхностные слои металла до высоких температур. Быстрое охлаждение эмульсией, маслами и т.п. СОЖ приводит к явлениям микрозакалки, т.е.к резкому местному повышению твердости в поверхностном слое. Косой срез позволяет определить глубину поверхностного слоя по твердости.

3. Оба эти явления влекут за собой появление остаточных напряжений в поверхностном слое - растягивающих или сжимающих, поскольку основные слои металла остаются в процессе резания холодными. Поверхностные или остаточные напряжения всегда будут сжимающими при обкатывании шарами и роликами и растягивающими при шлифовании. Величина их остигает 50-100кг/мм². Характеристика поверхностного слоя получается разной при разных методах обработки. Различной она получается и для разных по вязкости обрабатываемых материалов. Физические свойства поверхностного слоя в большей степени влияют на эксплуатационную характеристику данной поверхности. Физически нарушенный поверхностный слой материала при различных методах обработки составляет, примерно:

       Точение черновое                       60-120мкм.

       Точение получистовое               20-50мкм.

       Точение чистовое                        20-30мкм.

       Точение тонкое (алмазное) 5-10мкм.

       Шлифование черновое               20мкм.

       Шлифование чистовое               5-15мкм.

       Развертывание                              5-10мкм.

       Фрезерование чистовое              20-50мкм.

       Сверление и рассверливание     25-70мкм.

Физические характеристики в чертеже детали можно уточнить по марке материала и приведенного стандарта на материал. Конструктор имеет право уточнить требования и по физическим характеристикам. Например указать требование на повышенную твердость поверхностного слоя (калить HRC).