Якість поверхні деталей машин має суттєвий вплив на їх експлуатаційні властивості: зносостійкість, втомну міцність, стабільність посадок, корозійну стійкість і ін.
Зносостійкість потрібна труться сполучених деталей рухомих з'єднань. У початковий період роботи, що труться, їх контакт відбувається по вершинах нерівностей, тому фактична поверхня зіткнення (опорна довжина профілю р) значно менше розрахункової, що викликає в місцях фактичного контакту по вершинах нерівностей великі тиску, часто перевищують межу міцності або межа плинності труться металів, що призводить до зрізу, зім'яту або відколювання вершин нерівностей і викликає інтенсивний початковий знос поверхонь тертя і збільшення зазору в сполученій парі деталей.
Характер зносу поверхонь, що труться з плином часу їх роботи можна представити у вигляді графіка і виділити на ньому три ділянки (рис.4.5).
1 - ділянка підробітки; II - нормальне природне зношування в процесі експлуатації; III - аварійну ділянку.
Мал. 4.5 Характер зносу поверхонь, що труться з плином часу
Начал'ний знос більш тривалий, але менший за величиною у робочих пар з меншим значенням параметрів шорсткості.
У труться парах висота нерівностей RZ. повинна бути оптимальною, при якій знос в період підробітки і роботи буде мінімальним (рис.4.6).
Рис.4.6 Вплив шорсткості на інтенсивність зносу в період підробітки
Збільшення RZ. більш оптимальної призводить до більш інтенсивного зачеплення нерівностей, їх зім'яту і сколювання, як було показано вище.
Зменшення ж RZ менш RZ0 веде до витіснення змащення і виникнення сухого тертя, що в кінцевому підсумку призводить до сухого тертя, виникнення молекулярного зчеплення і заїдання щільно дотичних поверхонь сполучених деталей. Тому завдання конструктора - призначити оптимальну шорсткість поверхонь сполучених деталей.
На початковий знос сполучених деталей рухомих сполук впливають також форма і напрямок нерівностей щодо направлення ковзання.
Встановлено, що тонкі і численні нерівності забезпечують більшу зносостійкість, ніж великі великого кроку при однаковому значенні RZ.
Вплив напрямки нерівностей на зносостійкість в різних умовах тертя і при різних розмірах нерівностей різному. При рідинному терті і малій висоті нерівностей напрямок рисок значення не мають, а при збільшенні шорсткості більш вигідним є паралельне напрямок рисок до швидкості руху.
У період початкового зносу поверхонь, що труться висота нерівностей може зменшуватися на б5. 75% від перваначальной. При малих розмірах деталі c шорсткістю поверхонь RZ = 3. 10 мкм подвійна висота нерівностей порівнянна з допуском на виготовлення деталі. Тому необхідну висоту шорсткості рекомендується встановлювати в залежності від необхідної точності проектованого сполучення розрахунком за формулами:
при d> 50мм, RZ = (0,1. 0,15) Т;
при d <18 мм RZ = (0,2. 0,25) Т.
Шорсткість поверхні істотно впливає на стабільність нерухомих посадок. Зі збільшенням RZ міцність пресових посадок знижується, тому що після того, що зім'яло вершин нерівностей коефіцієнт опорної поверхні tp дуже малий і при роботі вузла таке з'єднання не витримує експлуатаційних навантажень. Тому при складанні пресових посадок в холодному стані прагнуть шорсткість сполучених поверхонь отримати мінімальну, що підвищує опорну поверхню і міцність з'єднання. При отриманні горячепрессових посадок (нагрів втулки або охолодження вала) мікро нерівності в певних межах сприяють підвищенню міцності з'єднань.
Від шорсткості поверхні сильно залежить втомна міцність деталей
Наявність на поверхні деталей, що працюють при циклічних і знакозмінних навантаженнях, нерівностей і дефектів сприяє концентрації напружень, які можуть перевищити межу міцності металу і стати причиною руйнування деталі.
Шорсткість впливає і на інші експлуатаційні властивості деталей: міцність при ударних навантаженнях, контактну жорсткість, корозійну стійкість, коефіцієнт теплопередачі і інші.
Встановлено, що чим менше шорсткість поверхні, тим менше деталі схильні до корозії. Корозійні речовини збираються на дні западин нерівностей і руйнують метал, збільшуючи нерівності.
Фізико-механічні властивості поверхневого шару деталі впливають на експлуатаційні властивості і в першу чергу - на зносостійкість.
Підвищенню зносостійкості деталей сприяє увеліченіетвердості поверхневого шару. Одним з методів підвищення твердості і зносостійкості деталей є попереднє зміцнення поверхневого шару - наклеп.
Наклеп уменишает стирання і зминання поверхонь, а також зменшує взаємне проникнення поверхневих шарів сполучених деталей. Зміцнення збільшує дифузію кисню повітря в метал поверхневого шару, що створює в ньому тверді хімічні сполуки - оксиди (FeО, Fe2 O3, Fe3 O4 і інші).
Від наклепу залежить і втомна міцність деталей машин. Наклеп до певних меж зменшує амплітуду пластичних деформацій, що дозволяє запобігти утворенню втомних тріщин і зростання існуючих тріщин. Циклічна міцність і межа витривалості збільшуються до 25. 30%.
Однак, наклеп поверхневого шару сприяє зростанню корозії металу в 1,5. 2 рази тому в ньому створюються мікронеоднорідності, що сприяють виникненню вогнищ корозії.
Задані фізико-механічні властивості поверхневого шару досягаються також застосуванням спеціальних обробно-зміцнюючих методів обробки. Вони засновані на пластичній деформації поверхневого шару, завдяки чому створюється наклеп, що підвищує твердість.
В даний час застосовуються такі методи зміцнення поверхневого шару:
Хіміко-термічне зміцнення (нікелювання, хромування).
Поверхневе легування (азотування, цементування, анодування і ін.).
Металізація поверхонь порошками і сплавами високолегованих сплавів.
Термообробка (гарт, відпустка, нормалізація).
Наклеп (обкатка роликами, кульками, діамантове вигладжування, дробеструйная обробка).