Существуют различные способы и методы воздействия на сталь с целью придания ей требуемых свойств, которые в большинстве случаев зависят от состояния сравнительно тонких поверхностных слоев металла основных трущихся деталей и узлов.
В целом упрочнить поверхность — значит повысить ее свойства: твердость, износостойкость, коррозионную стойкость. Если надо изменить свойства — должна измениться и структура поверхностного слоя. Для изменения структуры можно использовать деформацию, термическую обработку с нагревом различными способами, изменение химического состава поверхности, нанесение защитных слоев. Поэтому все методы упрочнения поверхностей можно разбить на две основные группы:
1) упрочнение изделия без изменения химического состава поверхности, но с изменением структуры. Упрочнение достигается поверхностной закалкой, поверхностным пластическим деформированием, чеканкой и т. д.;
2) упрочнение изделия с изменением химического состава поверхностного слоя и его структуры. Упрочнение осуществляется различными методами химико-термической обработки и нанесением защитных слоев.
К известным и распространенным методам первой группы относится поверхностно-пластическое деформирование роликом, где происходит пластическое деформирование тонкого поверхностного слоя [1]. В большинстве случаев поверхностное пластическое деформирование проводят на токарно-винторезном станке (рис. 1). Для данной механической операции необходимо применить специальное приспособление, где упрочняемым элементом является свободно вращающийся ролик или шарик.
При определенном давлении в зоне контакта интенсивность напряжений превышает предел текучести, в результате чего происходит пластическая деформация микронеровностей, изменяются физико-механические свойства и структура поверхностного слоя (рис. 2).
Помимо поверхностно-пластического деформирования, одним из комбинированных методов является химико-термическая обработка стали. Химико-термическая обработка металлов и сплавов осуществляется путем выдерживания при нагреве обрабатываемых материалов в средах конкретного состава различного фазового состояния. Такое сочетание пластической деформации и температурного воздействия ведет к изменению и созданию требуемых параметров стали или чугуна, а это улучшение твердости, износостойкости, коррозионной устойчивости и т. д. В сравнении с прочими технологиями химико-термическая обработка выгодно отличается тем, что при значительном росте прочности пластичность снижается не так сильно. Основные ее параметры — скорость, температура и длительность выдержки. Химико-термическая обработка стали и чугуна подразделяется на основе фазового состояния среды насыщения на жидкую, твердую, газовую. К основным методам химико-термической обработки относятся: цементация, азотирование, хромирование, силицирование, борирование, фосфатирование и т. д. [3].