Автор работы: Пользователь скрыл имя, 30 Июня 2014 в 05:54, реферат
Экономическая целесообразность комплексного обеспечения качества деталей на всех стадиях их жизненного цикла обусловливает необходимость аналогичного подхода и к их рабочим поверхностям. Рассмотрение качества поверхностного слоя деталей машин на всех стадиях жизненного цикла (проектирование, изготовление, контроль, испытание, диагностика, эксплуатация, ремонт, восстановление и утилизация), а также на микро- и наноуровне положило начало учению об инженерии поверхности, которое занимает в наше время одно из ведущих мест в технике. Инженерии поверхности посвящаются многие международные научно-технические конференции, монографии и статьи.
Введение 3
1. Поверхностный слой деталей машин 4
1.1. Общие представления о поверхностном слое 4
1.2. Влияние технологической наследственности на качество поверхностного слоя 12
1.3. Инженерия поверхности деталей на этапах жизненного цикла 14
2. Упрочнение поверхностного слоя деталей машин 20
2.1. Назначение и классификация методов упрочнения 20
2.2. Основные методы упрочнения деталей машин 22
3. Общие понятия наноинженерии 34
Заключение 44
Список используемой литературы 45
Министерство образования и науки РФ
Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
Высшего профессионального образования
«Кузбасский Государственный Технический Университет имени Т.Ф.Горбачева»
Реферат
на тему: «Поверхность. Поверхностный слой. Способы упрочнения поверхностного слоя. Общие понятия наноинженерии»
Кемерово 2014
Содержание
Стр.
Введение |
3 |
1. Поверхностный слой деталей машин |
4 |
1.1. Общие представления о |
4 |
1.2. Влияние технологической наследственности на качество поверхностного слоя |
12 |
1.3. Инженерия поверхности деталей на этапах жизненного цикла |
14 |
2. Упрочнение поверхностного |
20 |
2.1. Назначение и классификация методов упрочнения |
20 |
2.2. Основные методы упрочнения деталей машин |
22 |
3. Общие понятия наноинженерии |
34 |
Заключение |
44 |
Список используемой литературы |
45 |
Введение
Одним из основных показателей качества машин является их надежность. Как правило, все разрушения деталей (износные, коррозионные, прочностные, контактные, усталостные) начинаются с поверхности.
Изучение качества поверхностного слоя за свою 100-летнюю историю осуществлялось от неопределенного учета неровностей до комплексной оценки его состояния, учитывающей как все виды неровностей (макроотклонение, волнистость, шероховатость, субшероховатость), так и физико-химические свойства (структуру, фазовый и химический составы, наклеп, остаточные напряжения, экзоэлектронную эмиссию и др.). Качество поверхностного слоя вызывает интерес ученых различных направлений: механиков, физиков, химиков, метрологов и технологов.
В настоящее время в России вопросам качества поверхностного слоя придают особое значение в различных научных школах, в том числе и в КузГТУ.
Экономическая целесообразность комплексного обеспечения качества деталей на всех стадиях их жизненного цикла обусловливает необходимость аналогичного подхода и к их рабочим поверхностям. Рассмотрение качества поверхностного слоя деталей машин на всех стадиях жизненного цикла (проектирование, изготовление, контроль, испытание, диагностика, эксплуатация, ремонт, восстановление и утилизация), а также на микро- и наноуровне положило начало учению об инженерии поверхности, которое занимает в наше время одно из ведущих мест в технике. Инженерии поверхности посвящаются многие международные научно-технические конференции, монографии и статьи.
1.
Поверхностный слой деталей
1.1. Общие представления о поверхностном слое
Поверхностный слой (ПС) - наружный слой детали с измененными структурой, фазовым и химическим составом по сравнению с основным металлом из которого изготовлена деталь, при чем верхняя поверхность слоя граничит с окружающей средой или с сопряженной деталью [1].
В поверхностном слое (рис.1.1) можно выделить следующие основные зоны [2]:
• зону 1 адсорбированных из окружающей среды молекул и атомов органических и неорганических веществ (воды, промывочной или смазывающе-охлаждающей жидкости и др. толщиной до 100 нм;
• зону 2 продуктов химического взаимодействия металла с окружающей средой (чаще всего оксидов) толщиной до 1 мкм;
• зону 3 граничную толщиной в несколько межатомных расстояний; металл в этой зоне имеет иную, чем в объеме, кристаллическую и электронную структуру;
• зону 4 измененных структуры, фаз и химического состава с толщиной около 10...150 мкм, иногда и большей;
• зону 5 основного металла.
Толщина и состояние указанных зон ПС могут изменяться в зависимости от состава материала, метода обработки и условий эксплуатации. Оценка этого состояния осуществляется методами химического, физического или механического анализа.
Рис.1.1 Схема поверхностного слоя детали
Многообразие состояний ПС и методов его оценки не позволяет выделить единственный показатель, определяющий это состояние или, как принято говорить, качество ПС. Поэтому в научной и инженерной практике качество ПС оценивается набором единичных или комплексных параметров, с той или иной стороны оценивающих состояние ПС, выбор которых зависит от метода оценки. Укрупненно эти параметры характеризуют: геометрические параметры неровности поверхности; физическое состояние; химический состав; механическое состояние.
Геометрические параметры неровности поверхности оцениваются параметрами шероховатости, регулярных микрорельефов, волнистости.
Шероховатость поверхности – это совокупность неровностей с относительно малыми шагами, выделенными в пределах базовой длины. Шероховатость поверхности характеризуется рядом стандартизованных (по ГОСТ 2789-73 ,ГОСТ 25142-82) и нестандартизованных параметров, которые имеют существенное влияние на долговечность деталей.
Волнистость поверхности – это совокупность неровностей, имеющих шаг, больший, чем базовая длина, используемая для измерения шероховатости. Так как в России волнистость не стандартизована, то для ее оценки используют параметры, аналогичные параметрам шероховатости, или параметры, установленные отраслевыми нормалями или зарубежными стандартами.
Регулярные микрорельефы– это неровности, которые в отличие от шероховатости одинаковы по форме, размерам и взаиморасположению. В соответствии с ГОСТ 24773-81 поверхности бывают с полностью или частичным регулярным микрорельефом.
В некоторых источниках [3] также выделяются такие геометрические параметры как:
Макроотклонение поверхности – это неровность высотой 10-2-103 мкм на всей ее длине или ширине.
Субшероховатость – это субмикронеровности высотой примерно 10-3-10-2 мкм, накладываемые на шероховатость поверхности.
Физическое состояние поверхностного слоя деталей в технологии механической обработки наиболее часто характеризуется параметрами структуры и фазового состава [1].
Структура – это характеристика металла, зависящая от методов изучения его строения. В связи с этим выделяют следующие типы структур: кристаллическая структура, субструктура, микроструктура, макроструктура.
Металлическое твердое тело представляет собой совокупность множества произвольно расположенных и взаимосвязанных кристаллов. Атомы, определенным образом расположенные в кристалле, образуют его кристаллическую структуру (решетку). В реальном металле кристаллическая структура имеет множество дефектов, которые в значительной степени определяют его свойства. Совокупность дефектов решетки и пространственное их распределение в кристалле называется субструктурой.
Микроструктура – это структура, определяемая с помощью металлографических микроскопов. С помощью этого анализа можно определить наличие, количество и форму структурных составляющих сплава.
Макроструктура – это структура, которая определяется невооруженным глазом или при небольших увеличениях. С помощью макроанализа можно определить трещины, неметаллические включения, примеси и др.
Фазовый состав характеризуют числом и концентрацией фаз, распределением фаз по поверхностному слою, типом кристаллической структуры фаз, объемом сплава и др.
Исследования физического состояния осуществляются экспериментальными методами физики твердого тела.
Химический состав характеризуется элементным составом сплава и фаз, концентрацией элементов в объеме фаз, объеме сплава и др.
Исследования химического состава поверхностного слоя позволяют оценить адсорбцию из окружающей среды молекул и атомов органических и неорганических веществ, диффузионные процессы, процессы окисления и другие, происходящие при обработке металлов. Методы исследования физического и химического состояния поверхностного слоя позволяют дать объяснения явлениям, происходящим в поверхностном слое при обработке, и установить их связь со свойствами металла. Однако параметры физико-химического анализа довольно сложно определяются, связать их с технологией можно только на эмпирическом уровне.
Для решения технологических задач в большинстве случаев достаточно знания о средних показателях состояния довольно большой группы атомов материала. Это позволяет перейти от микроскопического уровня анализа материала к макроуровню. В этом случае металл рассматривается не как дискретная, а как сплошная среда.
Параметры механического состояния металла включают параметры:
– сопротивления металла деформированию: предел упругости, предел пропорциональности, предел текучести, предел прочности, твердость и др.;
– пластичности: относительное удлинение, относительное сужение, ударная вязкость и др., устанавливаемые специальными испытаниями
Важной характеристикой механического состояния поверхностного слоя являются остаточные напряжения.
Остаточные напряжения – это упругие напряжения, которые остались в детали после обработки.
В зависимости от объемов тела, в которых рассчитывают остаточные напряжения (ОН), они условно подразделяются на: напряжения первого рода, уравновешенные в макрообъемах тела; напряжения второго рода, уравновешенные в пределах размера зерен; напряжения третьего рода, уравновешенные в пределах нескольких межатомных расстояний.
Источником возникновения ОН являются микронапряжения, возникшие в кристаллической структуре в результате пластического течения металла, нагрева и фазовых превращений. В зависимости от характера и интенсивности физико-механических процессов, происходящих при обработке, ОН могут иметь различный знак. В связи с этим различают сжимающие (–) и растягивающие (+) ОН.
Качество поверхностного слоя оказывает существенное влияние на эксплуатационные свойства деталей машин.
Формирование поверхностного слоя следует рассматривать как единый процесс, происходящий в зоне контакта обработанной поверхности с режущим или деформирующим инструментом [2]. Состояние поверхностного слоя обработанной детали определяется особенностями этого процесса и влияющими на него факторами, к которым необходимо отнести следующие:
• физико-химические свойства обрабатываемого и инструментального материала;
• геометрические параметры режущей или деформирующей части инструмента и его конструкцию;
• жесткость и виброустойчивость технологической системы;
• кинематику процесса обработки, определяющую траекторию движения инструмента относительно заготовки;
• технологические режимы обработки;
• смазывающие и охлаждающие технологические среды (СОТС),
способы их подачи в зону обработки;
• внешнее воздействие (предварительный или сопутствующий подогрев, глубокое охлаждение, вакуум, электрохимическое, электрофизическое, ультразвуковое воздействие и др.).
Взаимосвязь поверхностного слоя с физико-химическими и эксплуатационными свойствами детали показана на рис.1.2.
Рис.1.2. Взаимосвязь поверхностного слоя с эксплуатационными свойствами деталей.
Свойства поверхностного слоя формируются в результате упругопластических деформаций, нагрева (охлаждения), адгезионных и диффузионных процессов, химического взаимодействия с окружающей средой. В процессе обработки поверхностный слой подвергается неоднородной по глубине пластической деформации, которая может сопровождаться структурными изменениями. Происходит дробление зерен на фрагменты и блоки с их угловой разориентацией. У поверхности они измельчаются и вытягиваются в направлении усиления деформирования. В результате пластической деформации металл поверхностного слоя упрочняется [4].
Физическая сущность формирования поверхностного слоя с неоднородными свойствами обусловлена специфическими особенностями развития пластических деформаций и температур в зоне резания, их вероятностным характером из-за существенного влияния случайных факторов.