Куксенова_Методы исследования поверхностных слоев (831911), страница 6
Текст из файла (страница 6)
При механической обработке различают продольную и поперечную шероховатости, учитывают направленность следов обработки.Для оценки шероховатости поверхности после обработки в [15]предложена следующая зависимость:Hmax = Hp + Hпл + Нл + Нупр + Нцар + Нж ,30где Нр — шероховатость, вычисляемая по форме вершины режущего инструмента и продольной подаче; Нпл — шероховатость,возникающая в результате пластической деформации металла перед лезвием инструмента (деформированная зона в процессе резания, остатки которой в виде нароста на лезвии наблюдаются послепрекращения резания); Нл — шероховатость, создаваемая лезвиеминструмента, т.
е. линией пересечения двух режущих граней, которые отпечатываются на обрабатываемой поверхности; Нупр —шероховатость, возникающая в результате упругого восстановления металла после прохода режущего инструмента; Нцар — шероховатость, создаваемая царапанием обрабатываемой поверхностиотходящей стружкой; Нж — шероховатость, обусловленная недостаточной жесткостью «системы станок — инструмент — изделие».Субмикрогеометрия поверхности твердых тел характеризуется особым видом неровностей, механизм возникновения которыхсвязан с внутренним строением металла.
Субмикроскопическийрельеф наблюдается на участках поверхности площадью от одного до нескольких квадратных микрометров при всех условияхобработки металлов, развивается и изменяется при всех условиях нагружения поверхностей в эксплуатации. Большое влияние насубмикроскопические характеристики поверхности оказывает рабочая среда в зоне контакта, причем это влияние особенно велико иможет быть определяющим при наличии поверхностно-активныхсоставляющих смазочных сред [12]. Количественно характер субмикрорельефа определяется величиной выступов и впадин, их формой и частотой расположения на поверхности.Отметим, что в условиях трения и износа геометрия поверхности, сформированная в результате полного цикла технологическойобработки, изменяется.
При эксплуатации на первый план выходитпроцесс формирования равновесной шероховатости [4], шероховатости, возникающей при разрушении зон контактного взаимодействия, и субмикроскопической шероховатости, которая связана сфизической природой трения и износа.Характеристики микрогеометрии поверхностей трения определяют с помощью профилографов-профилометров. Наиболее распространенными приборами отечественного производства являются приборы марки Калибр-201 и Калибр-253. Оценивают параметры микрогеометрии на основе обработки профилограмм (рис.
5).31Рис. 5. Фрагмент профилограммы поверхности тренияСредняя линия профиля профилограммы должна быть горизонтальной. Профилограммы снимают на трассе, длина которой равнабазовой длине l. Базовой линией является средняя линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиляот этой линии минимально.Чаще всего оценивают следующие параметры шероховатости[13]: опорную кривую профиля, радиус кривизны вершины неровности r, расстояние между линией выступов и линией впадинпрофиля в пределах базовой длины R max; среднее арифметичеl1|y (x)|dx; высоту неровностейское отклонение профиля Ra =l0 551 профиля по десяти точкам Rz =|Hmax i | +|Hmin i | ;5i=1i=1отклонение одного из пяти наибольших максимумов от среднейлинии Hmax i , отклонение одного из пяти наибольших минимумовпрофиля от средней линии Hmin i.Для профилографирования, как правило, выбирают наиболеехарактерные участки, а профилограмму снимают не менее чем спяти мест поверхности.
Если на профилограмме заметна волнистость, то уменьшают базовую длину каждого участка профилограммы при увеличении их числа.32Опорная кривая профиля. Для построения опорной кривойпрофиля ηp = bxv руководствуются ГОСТ 2789–73. Значениеопорной длины профиля ηp представляет собой сумму длин отрезков на базовой длине, отсекаемых на уровне р в материалепрофиля линией, эквидистантной средней линии. На практикев основном применяют относительную опорную длину профиляtp = ηp /l.Для определения параметров b и v на профилограмме определяют нулевой уровень, проводя линию, параллельную средней, нарасстоянии RБ C от нее.
От этого уровня на расстояниях 0,1Rmax ,0,2Rmax , 0,3Rmax проводят параллельные прямые, которые определяют уровни при относительных сближениях x1 = 0,1, х2 = 0,2,x3 = 0,3. Для каждого уровня определяют суммарную длину сеΔl0,1 ; l0,2 =Δl0,2 ; l0,3 =Δl0,3 ичений выступов l0,1 =l0,1l0,2l0,3относительные площади t0,1 =; t0,2 =; t0,3 =, где k —klklklчисло рассматриваемых профилограмм, имеющих базовую длину l. Далее решают систему двух уравнений для уровней 1 и 2, 1и 3, 2 и 3 вида tp = bxv и получают значения b и v:v1,2 =lg (t0,1 /t0,2 ); b1,2 = lg t0,1 − v lg x2 ;lg (x1 /x2 )v1,3 =lg (t0,1 /t0,3 ); b1,3 = lg t0,3 − v lg x3 ;lg (x1 /x3 )v2,3 =lg (t0,2 /t0,3 ); b2,3 = lg t0,2 − v lg x2 .lg (x2 /x3 )Для конечной оценки параметров b и v принимают их средниезначения:v=v1,2 + v1,3 + v2,3;3b=b1,2 + b1,3 + b2,3.3Радиус закругления вершины неровности r.
Для определениязначения r снимают профилограммы в продольном и поперечномнаправлениях.33Среднее значение r для данного направления оценивают поформулеnd2iγв8hi1,r=γ2r nгде γв и γr — вертикальное и горизонтальное увеличение соответственно; n — число анализируемых неровностей; d — длинасечения хорды на расстоянии hi от вершины неровности 0,3Ra и0,05Rmax (при этом неровности лежат выше уровня х = 0,3).Конечное значение r определяют как среднее из значений продольного и поперечного радиусов закругления вершин неровностей.В случае нерегулярного характера шероховатостей среднее значение r определяют по формулеr=l2,2 π2 Ramn0nгде m — число максимумов на всех участках; n0 =(числоlпересечений оценивают по пересечению профиля со средней линией на всех участках и делят на суммарную длину этих участков;за максимумы принимают неровности, высота которых от ближайшей впадины превышает значение 0,05Rmax).Угол наклона боковых сторон профиля к средней линии θ определяют по формулеtg θ = 4Ra n0 .Фактическую площадь контакта находим несколькими методами.
Оптические методы разработаны для двух случаев: 1) обаконтактирующих тела прозрачны; 2) прозрачно только одно тело[4]. Прозрачные образцы приводят в соприкосновение под действием нагрузки. Пучок света, пропущенный через образцы в направлении действия нагрузки, отклоняется от этого направления ичастично рассеивается только в местах, где он переходит из болееплотной среды в менее плотную, т.
е. там, где неровности не взаимодействуют. Наблюдая образцы на просвет, определяют площадьконтакта визуально или фотометрированием.34Для пары, в которой только один образец является прозрачным, метод определения площади фактического контакта основанна явлении нарушения полного внутреннего отражения света в местах контакта оптически прозрачного материала с непрозрачным(метод Мехау). Этот метод нашел наиболее широкое распространение; его достоинством является достаточно высокая точность получаемых результатов. Приборы для измерения фактической площади контакта изготовляют на базе светового микроскопа.Электрический метод дает возможность оценки площади фактического контакта по изменению значения переходного электросопротивления, которое происходит в результате увеличения числапятен контакта при повышении нагрузки.
В работе [4] отмечается, что точность метода недостаточно высока; однако этот методможет служить средством оценки относительного изменения площади фактического контакта при изменении внешних параметровтриботехнических испытаний.Акустический метод основан на том свойстве, что контакттвердых тел в зависимости от соотношения фактической и номинальной площадей контакта является в большей или меньшейстепени проницаемым для упругих волн (в частности, ультразвуковых).
При рассмотрении зоны контакта как третьего тела полагают, что ультразвук проходит через трехслойный композиционныйматериал, состоящий из двух контактирующих тел и расположенного между ними слоя определенной толщины с экспериментальноопределяемыми свойствами.Методы информаторов (в качестве информаторов используют пудры, краски, радиоактивные вещества, тонкие фольги и т. п.).При контактном взаимодействии происходит изменение формы информатора, его размеров, состояния поверхности, по которым оценивают размеры и формы фактического контакта. Точность определения размеров фактической площади контакта определяется толщиной слоя информатора, которая должна быть в несколько разменьше высоты неровностей поверхности.Расчетным методам определения фактической площади контакта посвящено большое количество работ разных научных школ,систематизацию которых можно найти в [4].352.2.
Исследование структуры и свойств поверхностных слоевпри тренииПрименение того или иного метода исследования поверхностей трения обусловлено характерными масштабными уровнями,на которых реализуются процессы пластичности и разрушения.Эти процессы реализуются в условиях локальных температур идавлений, а тончайшие поверхностные слои обладают повышенной физической и химической активностью. Поэтому значительные ограничения имеют методы, в которых для послойной оценки структурных изменений используют химическое травление илиэлектролитическое полирование, которые при наличии градиентасвойств по глубине зоны контактного взаимодействия приводят нетолько к перераспределению несовершенств структуры и напряжений, но и к возникновению дополнительных напряжений значительного уровня.Отметим некоторые методы исследования поверхностей тренияв соответствии с характерными масштабными уровнями.1. Микроскопический масштабный уровень (исследования проводятся на атомном уровне ha ≈ а (где а — период решетки)√и на дислокационном уровне hд ≈ 1/ ρ, где ρ — плотностьдислокаций.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
