Влияние свойств поверхностных слоев материалов на процессы их разрушения

№113-1,

технические науки

Рассматриваются процессы и явления, возникающие в поверхностных слоях материалов, которые влияют на процессы их разрушения и старения. Данные процессы и явления описываются параметрами, изменения, которых оказывает влияние на критерии работоспособности и надежность деталей.

Похожие материалы

Различные процессы и явления, возникающие в поверхностных слоях материалов, влияют на процессы их разрушения и старения. Изменение поверхностных слоев материалов могут возникать по причинам взаимодействия материальных тел с другими телами или с окружающей средой. Примером таких изменений могут быть механический износ, контактная деформация, усталостная деформация, коррозия. Данные изменения поверхностных слоев материалов зачастую являются причиной начала процессов приводящих к нарушению работоспособности деталей. Поэтому влияние состояния поверхностного слоя материала на работоспособность деталей может зависеть от ряда причин.

Если рассматривать поверхностные слои твердых материалов на микроуровне, то можно отметить, что в них сосредоточена свободная энергия за счет микрочастиц, имеющих свободные связи. Данные микрочастицы способны образовывать взаимодействие с частицами из внешней среды. Это могут быть явления адгезии или адсорбции. Вторым фактором, который влияет на механические свойства поверхности материалов, является механическая обработка детали. В процессе данной обработки изменяется структура и напряженное состояние поверхностных областей. При этом внутренние слои обрабатываемого материала имеют свойства отличные от поверхностных слоев. Процесс эксплуатации детали также приводит к изменению ее поверхностности. При этом внутренние ее слои испытывают значительно меньшие изменения.

В этой связи нарушение критериев работоспособности детали чаще всего происходит из-за процессов, происходящих в поверхностных слоях детали, характеристики которых изменяются в процессе эксплуатации. Оценку изменений поверхностных слоев тела можно провести по ряду параметров.

Геометрические параметры определяют отклонения участков поверхности от номинальной поверхности, которая задается в технической документации при проектировании детали. При этом отклонения геометрических параметров детали влияют на ее работоспособность. Оценка характеристик поверхности может проводиться как на макроуровне (макрогеометрия), так и на микроуровне (микрогеометрия). Макрогеометрия характеризует форму поверхности детали, допустимые отклонения которой определяются стандартами и проектной документацией. Микрогеометрия характеризуется шероховатостью поверхности. Микрорельеф поверхности представляет собой сложную структуру, в которой шероховатость в двух взаимно противоположных направлениях является различной. Для оценки этой структуры прибегают к микротопографии, а для характеристики шероховатости поверхности применяют интегральную характеристику.

Следующей оценкой поверхностного слоя детали является его напряженного состояние. Величина напряженного состояния зависит не только за счет возникновения на поверхности максимальных напряжений вследствие деформаций кручения или изгиба детали, но и за счет местных напряжений, возникающих при контакте поверхностей, а также по причине резкого изменения формы поверхности детали. Еще одним фактором, влияющим на напряженное состояние поверхности, может быть возникновение внутренних остаточных напряжений. Например, вследствие изменения температуры тела.

На состояние поверхностного слоя влияет механическая обработка материала и поверхностные явления, связанные с наличием смазочных материалов.

Таким образом, к параметрам, характеризующим состояние поверхностных слоев твердых тел относятся геометрические, прочностные и физические. Изменения данных параметров в процессе эксплуатации детали оказывают влияние на ее надежность и ряд критериев работоспособности.