Лекция 6 поверхностный слой и его параметры

1 Значение явлений в поверхностных слоях при разрушении и старении ма­териалов

Строение поверхностного слоя твердых тел и происходящие в нем явления играют особую роль для протекания большинства процессов старения и разрушения материалов. Состояние поверхностного слоя определяет процессы, возникающие при взаимодействии с другим телом или с окружающей средой, например, при износе, контактной деформации, усталости, коррозии и др. Кроме того, многие виды разрушения всего тела детали начинаются с поверхности и зависят от ее состояния.

Особое влияние поверхностного слоя материала на работоспособность изделий связано со следующими причинами:

1 поверхностные слои твердого тела наделены избытком энергии, так как молекулы и атомы, находящиеся у поверхности, имеют свободные связи, которые способствуют возникновению таких явлений, как поглощение (адсорбция), сцепление (когезия), прилипание (адгезия), смачивание и другие виды взаимодействия с веществами внешней среды, когда поверхностный слой приобретает своеобразное строение.

2 поверхностный слой формируется в результате разнообразных технологических процессов, которые не только образуют необходимую форму поверхности и изменяют свойства материала, но и вызывают ряд побочных явлений, изменяющих свойства твердого тела у его поверхности. Физико-химические параметры поверхностного слоя, его структура и напряженное состояние, как правило, сильно отличаются от свойств всего объема материала.

3 в процессе эксплуатации идет непрерывное изменение (трансформация) параметров поверхностного слоя в значительно большей степени, чем изменения, происходящие по всему объему тела.

Поэтому большинство отказов машин связано с процессами, протекающими в поверхностных слоях, и их природа не может быть объяснена без анализа тех изменений, которые претерпевают характеристики поверхностного слоя при эксплуатации изделий.

Прежде чем рассматривать процессы, протекающие в поверхностных слоях, необходимо оценить параметры, которые характеризуют их состояние и по изменению которых можно судить о происходящих явлениях.

Эти параметры применяемые для характеристики поверхностного слоя должны характеризовать:

1 геометрию поверхностного слоя, включая микрогеометрию и отдельные дефекты поверхности;

2 напряжения, возникающие в поверхностных слоях как на отдельных участках поверхности, так и в микрообъемах;

3 структуру поверхностного слоя как следствие пластической деформации, температурных влияний, окислительных процессов и других воздействий;

4 структуру прилегающих к поверхности адсорбированных тонких слоев смазки с учетом ориентированных молекул поверхностно-активных веществ.