4.1. Структура поверхностного слоя после механической обработки
Поверхностный слой деталей машин, подвергаемый обработке, имеет толщину от нескольких ангстрем до сотых и десятых долей миллиметра, при этом структура и его свойства отличаются от основного материала детали.
Структура металлического изделия, а следовательно, и его поверхностного слоя, состоит из кристаллов.
В производственных условий различные методы получения заготовок приводят к образованию в структуре поверхности металла множества центров кристаллизации. Около каждого центра формируется группа кристаллов неправильной формы, которые носят названия зёрен. Различие отдельных зёрен, одного и того же металла, между собой заключается в разной пространственной ориентации кристаллической решетки и разной величине зёрен.
Приложение к поверхности детали определённого усилия вызывает деформацию кристаллической решётки – изменение расстояний между точками тела ∆l. Деформация может быть упругой, исчезающей после снятия нагрузки и пластической, остающейся после снятия нагрузки.
Для металла с идеальной кристаллической решеткой прочность его определяется силой межатомных связей. Как только внешняя нагрузка превысит силы межатомных связей, металл хрупко разрушается, образуя две новые поверхности.
В реальных же металлах из-за наличия дефектов в кристаллической решетке, при приложении внешней нагрузки только в начальный период наблюдаются упругие деформации, а затем, при достижении – предела текучести, металл начинает течь, то есть деформироваться пластически.
При этом после снятия приложенной нагрузки P1 на каком-либо этапе пластического деформирования, в металле останется пластическая деформация ∆l. Если теперь вновь нагрузить этот металл, то для осуществления повторно пластической деформации нужна нагрузка больше, чем P1.
Это объясняется тем, что повысилась сопротивляемость металла прикладываемым нагрузкам, а металл получил наклёп. Наклёпом называется упрочнение металла под действием пластической деформации.
Существенное влияние на процессы пластического деформирования металла в поверхностном слое оказывает температура в зоне обработки. С одной стороны температура в зоне резания (для железоуглеродистых сталей не выше 300°С) способствует повышению активности колебаний глубже расположенных в поверхностном слое атомов, что приводит к более глубокому упрочнению.
С другой стороны, при повышении температуры в зоне резания близко к критической (для стали > 500°С), происходит восстановление первоначального положения атомов. А это, в свою очередь приводит к разупрочнению поверхностного слоя.
Поэтому, в результате пластической деформации в поверхностном слое, в зависимости от количества тепла, выделяющегося при резании, могут преобладать следующие процессы:
– процессы упрочнения металла (малые скорости резания и малые температуры в зоне резания);
– процессы разупрочнение металла (высокие скорости резания и высокие температуры).
