Наклёп

Наклёп (нагарто́вка) — упрочнение металлов и сплавов вследствие изменения их структуры и фазового состава в процессе холодной (ниже 0,15—0,2 Тпл) пластической деформации при температуре ниже температуры рекристаллизации. Результатом наклёпа является изменение структуры и свойств металлов и сплавов при частичном или полном подавлении рекристаллизации[1].

Наклёп сопровождается выходом на поверхность образца дефектов кристаллической решётки, увеличением прочности и твёрдости и снижением пластичности, ударной вязкости, а также сопротивления металлов деформации противоположного знака (эффект Баушингера)[2].

Механизм наклёпа

Упрочнение металла в процессе пластической деформации (наклёп) происходит вследствие увеличения числа дефектов кристаллической структуры (к которым относятся дислокации, вакансии, межузельные атомы). Повышение плотности таких дефектов создает трудности для перемещения новых дислокаций и, соответственно, повышает сопротивление деформации и снижает пластичность. Наиболее важно в этом плане увеличение плотности дислокаций, которое тормозит их дальнейшее перемещение из-за взаимодействия между ними. Плотность дислокаций после холодной деформации увеличивается на несколько порядков по сравнению с плотностью дислокаций отожжённого металла, достигая величины 1011—1012 см–2[3][4].

Суммируя сказанное, можно сказать, что рост прочностных показателей и снижение показателей пластичности с увеличением степени предварительной холодной деформации происходят за счёт повышения плотности дислокаций. Повышенная дислокационная плотность наклёпанного металла затрудняет скольжение уже имеющихся дислокаций, а также генерирование и скольжение «свежих» дислокаций[5].

Снятие наклёпа (разупрочнение) осуществляется за счёт отдыха, полигонизации и рекристаллизации металла в процессе рекристаллизационного отжига. Такой отжиг применяют либо перед холодной обработкой давлением, либо в качестве промежуточной операции между стадиями холодного деформирования[5].

Наклёп может возникать и при горячей деформации, когда повышается плотность дислокаций; в процессе самой такой деформации горячий наклёп может частично или полностью сниматься в результате развития динамической полигонизации и динамической рекристаллизации[5].

Виды наклёпа

Различают два вида наклёпа: фазовый и деформационный.

При фазовом наклёпе источником деформаций служат фазовые превращения (например, растворение одной фазы в другой), в результате которых образуются новые фазы с отличными от исходных удельными объёмами[5]. Деформационный наклёп, являющийся результатом действия внешних деформационных сил, бывает двух вариантов[5]:

  • Дробеструйный наклёп — упрочнение, которое достигается за счёт кинетической энергии потока круглой чугунной, стальной или керамической дроби, направляемой скоростным потоком воздуха или роторным дробомётом. Такой наклёп позволяет намеренно создавать сжимающие остаточные напряжения в поверхностном слое, которые уменьшают опасные растягивающие рабочие напряжения.
  • Центробежно-шариковый наклёп (нагартовка) — упрочнение, которое создаётся за счёт кинетической энергии шариков (роликов), расположенных на периферии обода, которые взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью и отбрасываются вглубь гнезда.

С другой стороны, наклёп подразделяют на поверхностный (проходящий без полной рекристаллизации металла) и напряжённый поверхностный (когда в ходе обработки металл находится в статически напряжённом состоянии)[2].

При нарушении технологических требований механической обработки изделий может происходить такое явление как перенаклёп. Его причиной служит избыточное давление в зоне контакта инструмента и заготовки, приводящее к повышенной хрупкости, разрушению кристаллической решетки материала, а также к шелушению и отслаиванию частичек металла. Этот процесс необратим: свойства металла невозможно восстановить даже с помощью рекристаллизационного отжига[6].

Способы упрочнения деталей наклёпом

В машиностроении наклёп используется для поверхностного упрочнения деталей. Он приводит к возникновению в поверхностном слое детали благоприятной системы остаточных напряжений, влияние которых главным образом и определяет высокий упрочняющий эффект поверхностной пластической деформации. Основные способы холодной деформации для получения упрочненного наклёпом поверхностного слоя - обкатка роликами, дробеструйная обработка, поверхностное дорнование, выглаживание и др.[7]

Примечания

  1. ↑ Блантер М. С., Кершенбаум В. Я., Мухин Г. Г., Новиков В. Ю., Прусаков Б. А., Пучков Ю. А. Металлы. Строение. Свойства. Обработка (многоязычный толковый словарь) / Под научной редакцией В. Я. Кершенбаума и Б. А. Прусакова. — М.: Наука и техника, 1999. — С. 282. — 712 с.
  2. ↑ 1 2 Лопухов Г. А., Цирульников В. А., Куманин В. И., Фонштейн Н. М., Глинков Г. М., Ковалева Л. А., Самаров В. Н., Крашенинников А. И. Толковый металлургический словарь. Основные термины. — М.: Русский язык, 1989. — С. 179. — 480 с.
  3. ↑ Лахтин Ю. М. Металловедение и термическая обработка металлов. — М.: Металлургия, 1983. — С. 48. — 360 с.
  4. ↑ Солнцев Ю. П., Пряхин Е. И. Материаловедение. — СПб.: Химиздат, 2020. — С. 62. — 784 с.
  5. ↑ 1 2 3 4 5 Новиков И. И. Теория термической обработки металлов. — М.: Металлургия, 1986. — С. 38, 39, 41, 114, 192. — 400 с.
  6. ↑ Наклёп и нагартовка металла – явление, причины, сущность. Станки и инструмент.
  7. ↑ Новый политехнический словарь / Главный редактор А. Ю. Ишлинский. — М.: Научное издательство "Большая Российская энциклопедия", 2000. — С. 318. — 672 с.

Литература

  • Гуляев А. П. Металловедение. — М. : Металлургия, 1977.

Категории