Наклеп і нагартовка — зміцнення металу: особливості і відмінності

Завдання зміцнення поверхневого шару металевого виробу є досить актуальною у багатьох випадках, адже велика частина деталей машин і різних механізмів працює під впливом значних механічних навантажень. Вирішити таку задачу дозволяє як наклеп, так і нагартовка, які, незважаючи на свою схожість, все ж мають певні відмінності.

На виробництві проблема зміцнення металевих поверхонь вирішується за допомогою спеціального обладнання

Сутність наклепу і нагартовки

Наклеп металу є одним із способів зміцнення металевого виробу. Відбувається це завдяки пластичній деформації, якій таке виріб піддають при температурі, що знаходиться нижче температури рекристалізації. Деформування в процесі наклепу призводить до зміни як внутрішньої структури, так і фазового складу металу. В результаті таких змін у кристалічній решітці виникають дефекти, які виходять на поверхню деформівного вироби. Природно, ці процеси призводять і до змін механічних характеристик металу. Зокрема, з ним відбувається наступне:

  • підвищується твердість і міцність;
  • знижуються пластичність і ударна в’язкість, а також стійкість до деформацій, що мають протилежний знак;
  • погіршується стійкість до корозії.

Зміцнення поверхні металу можна оцінити по зміні мікротвердості, зменшується про міру видалення від поверхні

Явище наклепу, якщо воно відноситься до феромагнітною матеріалів (наприклад, до залозу), призводить до того, що у металу збільшується значення такого параметра, як коерцитивна сила, а його магнітна проникність знижується. Якщо наклепанная область була сформована в результаті незначної деформації, то залишкова індукція, якою характеризується матеріал, знижується, а якщо ступінь деформації збільшити, то значення такого параметра різко зростає. З позитивних наслідків наклепу слід зазначити і те, що з його допомогою можна значно поліпшити експлуатаційні характеристики більш пластичних металів, що створюють значне тертя в процесі використання.

Наклепанный шар на поверхні металевого виробу може бути сформований як спеціально, тоді такий процес є корисним, так і ненавмисно, в такому разі його вважають шкідливим. Найчастіше ненавмисне поверхневе зміцнення металевого виробу відбувається в процесі обробки різанням, коли на оброблюваний метал чиниться значний тиск з боку ріжучого інструменту.

Зміцнення (наклеп) при обробці різанням

Збільшення міцності призводить до того, що поверхня металу стає більш крихкою, що є дуже небажаним наслідком обробки.

Якщо формування наклепу може відбутися внаслідок як усвідомлених, так і неусвідомлених дій, то нагартовка завжди виконується спеціально і є, по суті, повноцінної технологічною операцією, мета якої полягає в поверхневому зміцненні металу.

Деформаційне ущільнення кромки цього затвора сталося в результаті експлуатації, значить – це наклеп

Типи наклепу

Розрізняють два основних типи наклепу, які відрізняються процесами, що протікають при його формуванні в матеріалі. Якщо нові фази в металі, що характеризуються іншим питомим об’ємом, сформувалися в результаті протікання фазових змін, то таке явище носить назву фазового наклепу. Якщо ж зміни, що відбулися в кристалічній решітці металу, відбулися із-за впливу зовнішніх сил, вони називаються деформаційним наклепом.

Деформаційний наклеп, в свою чергу, може бути відцентрово-кульковим або дробеметным. Для виконання наклепу першого типу на оброблювану поверхню впливають кульками, спочатку розташовуються у внутрішніх гніздах спеціального обода. При обертанні обода (що виконується на максимальному наближенні до оброблюваної поверхні) кульки під дією відцентрової сили відкидаються до периферії і надають ударний вплив на деталь. Формування наклепу в дробоструминних установках відбувається за рахунок впливу на оброблювану поверхню потоку дробинок, що переміщаються по внутрішній камері такого обладнання зі швидкістю до 70 м/с. В якості таких дробинок, діаметр яких може становити 0,4–2 мм, для наклепу можуть бути використані чавунні, сталеві або керамічні кульки.

Схема традиційного деформаційного наклепу і графік підвищення твердості матеріалу

Для того щоб розуміти, чому нагартовка або формування наклепу призводять до зміцнення металу, слід розібратися у процесах, які протікають в матеріалі при виконанні таких процедур. При холодній пластичній деформації, яка відбувається під впливом навантаження, величина якої перевищує межу текучості металу, в його внутрішній структурі виникають напруги. У результаті метал буде деформований і залишиться в такому стані навіть після зняття навантаження. Межа плинності стане вище, і його значення буде відповідати величині сформувалися в матеріалі напруг. Щоб деформувати такий метал повторно, необхідно буде докласти значно більше зусиль. Таким чином, метал стане міцніше або, як кажуть фахівці, перейде в нагартованное стан.

При холодній деформації металу, що протікає в результаті впливу відповідного тиску (в процесі, наприклад, наклепу), дислокації, що становлять внутрішню структуру матеріалу, починають переміщатися. Навіть одна пара рухомих дефектних ліній, що сформувалися в кристалічній решітці, здатна призвести до утворення все нових і нових подібних локацій, що в підсумку підвищує межа плинності матеріалу.

Зміна структури поверхневого шару в результаті холодної деформації

Внутрішня структура металу при його деформуванні в процесі виконання наклепу або нагартовки зазнає серйозні зміни. Зокрема, спотворюється конфігурація кристалічної решітки, а просторове положення кристалів, які орієнтовані безладно, впорядковується. Таке упорядкування призводить до того, що осі кристалів, в яких вони володіють максимальною зносостійкістю, розташовуються уздовж напрямку деформування. Чим активніше буде виконуватися деформування, тим більша кількість кристалів приймуть таке просторове положення. Існує помилкова думка, що зерна, які складають внутрішню структуру металу, при його деформації подрібнюються. Насправді вони тільки деформуються, а площа їх поверхні залишається незмінною.

З усього вищесказаного можна зробити висновок про те, що в процесі виконання нагартовки або наклепу змінюється кристалічна структура сталі або іншого металу, в результаті матеріал стає більш твердим і міцним, але водночас і більш крихким. Нагартована сталь, таким чином, являє собою матеріал, який спеціально був підданий пластичної деформації для поліпшення міцнісних характеристик.

Нагартовка та обладнання для неї

Виконання нагартовки виробів із сталі особливо актуально в тих випадках, коли є необхідність підвищити їх стійкість до поверхневого розтріскування, а також запобігти протікання в ньому втомних процесів. Галузями промисловості, в яких нагартованные вироби зарекомендували себе особливо добре, є авіа — і автомобілебудування, нафтовидобуток, нафтопереробка і будівництво.

Пристрій промислової дробометной установки для обробки труб

Такі методи зміцнення металів, як контрольований наклеп або нагартовка, можуть бути реалізовані за допомогою різного обладнання, від якості і функціональності якого залежить результат виконуваних операцій. Обладнання для нагартовки виробів зі сталі або інших сплавів, яке сьогодні представлено великою різноманітністю моделей, може бути загального призначення або спеціального – для того, щоб виконувати обробку деталей певного типу (болтів, пружин і ін).

У промислових масштабах нагартовка виконується на автоматизованих пристроях, всі режими роботи яких встановлюються і контролюються за рахунок використання електронних систем. Зокрема, на таких верстатах автоматично регулюється як кількість, так і швидкість подавання дробу, використовуваної для виконання обробки.

Дробометная установка для обробки листового і профільного металопрокату

Виконання наклепу, при якому процес його формування контролюється, використовується в тих випадках, коли виріб зі сталі немає можливості зміцнити за допомогою термічної обробки. Крім нагартовки і наклепу підвищити міцність поверхневого шару металевого виробу можуть і інші методи холодної пластичної деформації. Сюди, зокрема, відносяться волочіння, накатка, холодна прокатка, дробеструйная обробка та ін.

Крім сталі, вміст вуглецю в якій не повинно перевищувати 0,25%, такий спосіб зміцнення необхідний виробів з міді, а також деяких алюмінієвих сплавів. Нагартовке також часто піддається стрічка нержавіюча. Стрічку нагартованную застосовують у тих випадках, коли звичайна стрічка нержавіюча не здатна справлятися з сприйманими навантаженнями.

Нагартована нержавіюча стрічка володіє більш високою міцністю з певною втратою в’язкості і пластичності

Наклеп, який сформувався на поверхні металевого виробу в процесі виконання його обробки різними методами, можна зняти, для чого використовується спеціальна термічна обробка. При виконанні такої процедури металевий виріб нагрівають, що призводить до того, що атоми його внутрішньої структури починають рухатися активніше. В результаті вона переходить в більш стійкий стан.

Виконуючи такий процес, як рекристалізаційне відпал, слід враховувати ступінь нагріву металевої деталі. Якщо ступінь нагріву незначна, то в структурі металу знімаються микронапряжения другого роду, а його кристалічна решітка частково спотворюється. Якщо інтенсивність нагріву збільшити, то почнуть формуватися нові зерна, осі яких зорієнтовані в одному просторовому положенні. В результаті інтенсивного нагріву повністю зникають деформовані зерна і формуються ті, осі яких орієнтовані в одному напрямку.

Ручна правка наклепом вигнутого валу

Існує також така технологічна операція, як правка наклепом, за допомогою якої металевий вал або лист наводяться в початковий стан. Щоб виконати таку операцію, націлену на усунення невідповідностей геометричних параметрів їх необхідним значенням, немає необхідності використовувати спеціальний верстат – її виконують за допомогою звичайного молотка і рівної плити, на яку укладається оброблюваний виріб. Завдаючи таким удари молотком по виробу, форму якого потрібно виправити, домагаються формування на його поверхні наклепанного шару, що в підсумку приведе до досягнення необхідного результату.

На відео нижче показаний процес зміцнення методом наклепу коліс для залізничної техніки в дробометальної установці.

Ссылка на основную публикацию