ГЛАВА XIII. ПОВЕРХНОСТНАЯ ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
Повышение долговечности деталей машин методом поверхностною пластического деформирования (ППД) или поверхностного наклепа широко используется в промышленности для повышения сопротивляемости малоцикловой и многоцикловой усталости деталей машин. На рис. 155 приведены схемы различных методов ППД.
Поверхностное упрочнение достигается (ГОСТ 18296-72): 1) дробеструйным наклепом за счет кинетической энергии потока
Рис. 155. Схемы поверхностной пластической деформации: а — дробеструйная упрочняющая обработка; б - чистовая обработка — обкатыванием шаром; в — обработка дорнованием; г - центробежно-шариковая чистовая обработка; д - обработка чеканкой; е - упрочнение взрывом; ж - упрочнение виброобкатыванием; з — алмазное выглаживание
чугунной или стальной дроби; поток дроби на обрабатываемую поверхность направляется или скоростным потоком воздуха, или роторным дробеметом (рис. 155, а); 2) центробежно-шариковым наклепом за счет кинетической энергии стальных шариков (роликов), расположенных на периферии вращающего диска; при вращении диска под действием центробежной силы шарики отбрасываются к периферии обода, взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью и отбрасываются в глубь гнезда; 3) накатыванием стальным шариком или роликом 
(рис. 155, б); передача нагрузки на ролик может быть с жестким или упругим контактом между инструментом и обрабатываемой поверхностью (разновидности этих способов — накатывание вибрирующим роликом, раскатывание отверстий роликами и 
алмазным выглаживанием оправкой с впаенным в рабочей части алмазом (рис. 155, з); оно позволяет получать блестящую поверхность с малой шероховатостью.
Толщина деформированного слоя зависит от приложенной силы Р и предела текучести 
средние контактные нагрузки для низкоуглеродистых сталей 
среднеуглеродистых 
и высокоуглеродистых 
При обкатке шарами диаметром 10—20 мм подача составляет 
при скорости обкатывания 50— 100 м/мин. При алмазном выглаживании сила выглаживания 50— 350 Н, подача 
и скорость 
Радиус рабочей части алмаза при обработке мягких материалов (низкоуглеродистая сталь, цветные сплавы) равен 2—3 мм и твердых материалов 
мм.
При обкатывании и выглаживании в зоне контакта повышается температура до 350 °С и выше. Температура нагрева не должна превышать температуру рекристаллизации, снимающей эффект
Рис. 156. Изменение твердости (а) и эпюра остаточных напряжений (б) после обкатки 
роликами стали с 0,45% С
Рис. 157. Изменение предела выносливости при изгибе 
стали 
в зависимости от контактной нагрузки: 1 — закалка и низкий отпуск (отпущенный мартенсит); 2 — закалка и высокий отпуск (сорбит)
деформированного упрочнения. Обкатывание проводят с применением смазочно-охлаждающих жидкостей, что уменьшает коэффициент трения, снижает температуру в месте контакта и повышает стойкость инструмента.
Поверхностное деформирование повышает плотность дислокации в упрочненном слое, измельчает субструктуру (величину блоков), а при обработке закаленных поверхностей уменьшает количество остаточного аустенита.
При ППД происходит увеличение поверхности, которому препятствуют нижележащие недеформированные слои. Как следствие этого, на поверхности образуются остаточные сжимающие напряжения, а в сердцевине — растягивающие (рис. 156, б). С повышением усилия обкатки Р величина остаточных напряжений сжатия на поверхности возрастает, достигая для стали 
значения, превышающего 
Одновременно возрастают остаточные напряжения и по толщине упрочненного слоя. После алмазного выглаживания абсолютная величина остаточных напряжений выше, но на меньшей толщине, чем после обкатки роликами.
Упрочнение поверхности и образование сжимающих остаточных напряжений резко повышает предел выносливости (рис. 157). Обкатка (дробеструйная обработка) практически устраняет влияние концентраторов напряжений на предел выносливости. Предел выносливости обкатанных образцов с концентраторами напряжений достигает предела выносливости гладких образцов. После алмазного выглаживания предел выносливости повышается на 30— 50 %. Чем выше твердость стали, тем выше эффект от обработки ППД. Поверхностный наклеп создает реальные возможности применения высокопрочных сталей (после закалки и низкого отпуска)
Рис. 158. Кривые усталости коленчатых валов 
из перлитного высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (а) и из стали 45 (б): 1 - не упрочненные ППД; 2 — о обкатанными гантелями
для деталей с конструктивными и технологическими концентраторами напряжений при действии значительных циклических нагрузок. Важно, что ППД повышает сопротивление коррозионной и контактной усталости.
ППД является эффективным методом локального упрочнения мест концентраций напряжений (рис. 158). Поверхностное пластическое деформирование повышает твердость поверхности (см. рис. 156, а), в результате чего возрастает сопротивление износу. ППД также способствует снижению шероховатости поверхности и созданию микронеровностей по форме, близкой к образующейся после приработки. ППД деталей, работающих в условиях трения и изнашивания, повышает износостойкость по сравнению со шлифованием в 1,5-2 раза. Одновременно возрастает сопротивление схватыванию и фреттинг-коррозии.
Вопросы для самопроверки
