Под влиянием сил резания и вызываемого ими давления зерен шлифовального круга в процессе шлифования происходит пластическая деформация металла, сопровождающаяся упрочнением поверхностного слоя шлифуемой детали и искажением его кристаллической решетки.
Глубина деформируемого слоя при чистовом шлифовании, по данным П. И. Волского, у незакаленных аустенитовых сталей достигает 0,1—0,25 мм и у закаленных сталей доходит до 0,2— 0,35 мм, причем глубина наклепа получается больше при шлифовании кругами из карбида кремния, чем электрокор у ндовыми, что объясняется, по-видимому, большим числом зерен и снимаемых стружек при работе этими кругами. Таким образом, возрастание сил резания способствует упрочнению, вызывая увеличение глубины наклепа. Очевидно, этим объясняется тот факт, что глубина наклепа при шлифовании получается в 2—3 раза меньше, чем при фрезеровании и точении. В процессе полирования наклеп получается еще меньше, чем при шлифовании.
Аустенитовые стали более склонны к наклепу, чем другие, и к изменению при этом микроструктуры поверхностного слоя. Увеличение подачи и особенно глубины резания вызывает усиление пластических деформаций и возрастание наклепа. Этому способствует также увеличение числа зерен, принимающих участие в шлифовании, и усиление охлаждения. Таким образом, при шлифовании мелкозернистыми и тонкозернистыми кругами возрастает не только класс чистоты поверхности, но и глубина наклепа, а отсюда и износостойкость. При хонинговании глубина деформирующего слоя достигает 0,0025—0,025 мм, а при суперфинише — в десятки раз меньше.
С увеличением скорости шлифования степень упрочнения поверхностного слоя повышается, что объясняется одновременным увеличением скорости шлифовального круга vK, скорости детали ид и подачи s. Если при шлифовании увеличивается только скорость шлифовального круга, то глубина наклепа уменьшается, что вызывается уменьшением толщины стружки и сил резания. При увеличении скорости детали глубина наклепа несколько возрастает. Наклеп также увеличивается при шлифовании с ударами, например при шлифовании лопаток.
Во время шлифования деталей из стали ШХ15 шлифовальными кругами на вулканитовой связке микротвердость поверхностного слоя повышается с увеличением s и vd и уменьшением vK, причем в поверхностном слое возникают напряжения растяжения.
При шлифовании одновременно с условиями, вызывающими упрочнение, действуют и условия разупрочнения, мешающие искажению кристаллической решетки металла. В частности, разупрочнение усиливается с увеличением контактной температуры шли — 176 фования, что нежелательно из-за опасности возникновения при — жогов, с увеличением степени твердости круга и т. п. Упрочнение поверхностного слоя сопровождается определенным увеличением его твердости и износостойкости. Таким образом, уменьшение шероховатости поверхности и упрочнение поверхностного слоя в процессе шлифования часто приводят к повышению износостойкости деталей. Вместе с тем при шлифовании деталей из закаленных сталей, особенно при тяжелых режимах, в поверхностном слое происходят структурные изменения, связанные с отпуском металла.
Состояние поверхностного слоя изменяется при шлифовании в зависимости от свойств шлифуемого металла и режимов шлифования. Так, например, при шлифовании хромоникелевых сталей, даже при небольшой глубине шлифования (0,02—0,03 мм) происходит отпуск поверхностного слоя. Температура шлифования в месте контакта достигает 800—1000° С; при этом происходит быстрое охлаждение, в результате чего происходит изменение структуры поверхностного слоя и появляются прижоги. Чем выше режимы, тем больше глубина отпущенного слоя (достигающего 0,2 мм) и больше степень отпуска.
Упрочнение поверхностного слоя и происходящие в процессе шлифования пластические деформации вызывают увеличение удельного объема поверхностного слоя; этому изменению препятствуют лежащие ниже слои, в результате чего в поверхностном слое возникают сжимающие, а в лежащем ниже слое растягивающие остаточные напряжения.
В процессе шлифования обрабатываемая поверхность детали все время подвергается резким изменениям температуры, в результате чего в поверхностном слое возникают то сжимающие (при нагретом состоянии поверхности), то растягивающие (при остывании) напряжения. Знак остаточных напряжений зависит от их разности. Резкий нагрев поверхностного слоя приводит также к фазовым изменениям его структуры.
При шлифовании с охлаждением жидкостями, содержащими масло, остаточные растягивающие напряжения несколько снижаются, а сжимающие увеличиваются. Вообще же остаточные напряжения остаются одинаковыми как при шлифовании с охлаждением, так и при шлифовании всухую. На их повышение влияет неуравновешенность и неоднородность круга по твердости.