Технология наклепа и нагартовки металла

Полное снятие – наклеп

Полное снятие наклепа и напряжений достигается с помощью соответствующей термической обработки.  

Для полного снятия наклепа необходим нагрев до более высокой, чем при отдыхе, температуры. В таком случае в металле происходит процесс рекристаллизации), состоящий в восстановлении исходных свойств наклепанного металла.  

Рост зерна при собирательной рекристаллизации.

Для полного снятия наклепа металл нагревают до более высоких температур, чтобы обеспечить высокую скорость рекристаллизации и полноту ее протекания.  

Для полного снятия наклепа металлы нагревают до более высоких температур, чтобы обеспечить высокую скорость рекристаллизации и полноту ее протекания.  

Рост зерна при собирательной рекристаллизации.

Для полного снятия наклепа металл нагревают до более высоких температур, чтобы обеспечить высокую скорость рекристаллизации и полноту ее протекания.  

В сталях полное снятие наклепа при рекристаллизации должно проявляться в образовании более или менее размельченных зерен с нормальной ( неискаженной) кристаллической решеткой, и при этой структуре свойства стали должны отвечать состоянию исходной ( недеформированной) стали.  

Таким образом, в сталях полное снятие наклепа при рекристаллизации должно проявляться в образовании более или менее размельченных зерен феррита с нормальной ( неискаженной) кристаллической решеткой, и при этой структуре свойства стали должны отвечать состоянию исходной ( недеформированной) стали.  

Это позволяет в первом приближении определить температуру начала первичной рекристаллизации для свинца – 33 С, а для меди – 270 С Для полного снятия наклепа металл нагревают до более высоких температур, чтобы обеспечить высокую скорость рекристаллизации и полноту ее протекания.  

Для термически упрочняемых сплавов типа дуралюмин существует три типа отжига: 1) отжиг-возврат для частичного снятия наклепа, 2) рекристаллизационный отжиг для полного снятия наклепа предварительно деформированных полуфабрикатов, 3) отжиг полуфабрикатов, предварительно упрочненных термической обработкой – закалкой и старением.  

Наклеп в металлах уничтожается при достижении некоторой температуры – порога рекристаллизации – и заключается в восстановлении зерен с нормальной укладкой частиц в решетке и уничтожении напряжений и прочих последствий наклепа. Например, в сталях полное снятие наклепа при рекристаллизации должно проявляться в образовании размельченных зерен феррита с нормальной ( неискаженной) кристаллической решеткой и при этой структуре свойства стали должны отвечать состоянию исходной недеформированной стали. Для низкоуглеродистых сталей температура рекристаллизации равна 450 С.  

У различных марок жаропрочных сплавов температурный порог, при котором происходит релаксация остаточных напряжений и снижение твердости, различен. Например, у сплава ХН77ТЮ полное снятие наклепа не наблюдается даже при 900 С. Обычно чем выше жаропрочность сплава, тем выше эта температура.  

Она технологична: хорошо деформируется, обладает высокими литейными свойствами, легко обрабатывается резанием, хорошо паяется и сваривается точечной и дуговой сваркой. При холодном деформировании латунь упрочняется. Для полного снятия наклепа применяют отжиг при 500 – 600 С. Наклепанная латунь склонна к образованию трещин, так называемому сезонному растрескиванию, обусловленному коррозионным воздействием среды. Низкий отжиг при 300 С, не изменяя существенно прочности латуни, уменьшает или полностью снимает внутренние напряжения и устраняет склонность к сезонному растрескиванию. При сухом трении латунь быстро изнашивается.  

Технологический фактор связан с влиянием наклепа и остаточных напряжений от механической обработки. Влияние этого фактора исключается при изготовлении образцов с, большим числом проходов при резании и постепенным уменьшением глубины ре-вания и подачи. При этом толщина наклепанного слоя и остаточные напряжения получаются минимальными и не влияют существенно на сопротивление усталости, В ряде исследований проводили отжиг образцов в вакууме для полного снятия наклепа и остаточныя напряжений. После исключения влияния металлургического и технологического факторов существенное снижение пределов выносливости связано со статистическим фактором и хорошо описывается количественно и качественно уравнениями, вытекающими из статистической теории подобия усталостного разрушения.  

Сущность наклепа и нагартовки

Наклеп металла является одним из способов упрочнения металлического изделия. Происходит это благодаря пластической деформации, которой такое изделие подвергают при температуре, находящейся ниже температуры рекристаллизации. Деформирование в процессе наклепа приводит к изменению как внутренней структуры, так и фазового состава металла. В результате таких изменений в кристаллической решетке возникают дефекты, которые выходят на поверхность деформируемого изделия. Естественно, эти процессы приводят и к изменениям механических характеристик металла. В частности, с ним происходит следующее:

• повышается твердость и прочность;
• снижаются пластичность и ударная вязкость, а также сопротивляемость к деформациям, имеющим противоположный знак;
• ухудшается устойчивость к коррозии.

Упрочнение поверхности металла можно оценить по изменению микротвердости, уменьшающейся про мере удаления от поверхности

Явление наклепа, если оно относится к ферромагнитным материалам (например, к железу), приводит к тому, что у металла увеличивается значение такого параметра, как коэрцитивная сила, а его магнитная проницаемость снижается. Если наклепанная область была сформирована в результате незначительной деформации, то остаточная индукция, которой характеризуется материал, снижается, а если степень деформации увеличить, то значение такого параметра резко возрастает. Из положительных последствий наклепа следует отметить и то, что с его помощью можно значительно улучшить эксплуатационные характеристики более пластичных металлов, создающих значительное трение в процессе использования.

Наклепанный слой на поверхности металлического изделия может быть сформирован как специально, тогда такой процесс является полезным, так и неумышленно, в таком случае его считают вредным. Чаще всего неумышленное поверхностное упрочнение металлического изделия происходит в процессе обработки резанием, когда на обрабатываемый металл оказывается значительное давление со стороны режущего инструмента.

Упрочнение (наклеп) при обработке резанием

Увеличение прочности приводит к тому, что поверхность металла становится и более хрупкой, что является очень нежелательным последствием обработки.

Деформационное уплотнение кромки этого затвора произошло в результате эксплуатации, значит – это наклеп

Это интересно: Молибден — свойства, формула, применение элемента и сплавы на его основе

Технология наклепа и нагартовки металла

Наклеп – это явление, при котором повышается прочность и твердость металлического изделия. Изменения свойств достигается за счет пластической деформации. Наклеп металла протекает при высокой температуре, значение которой недостаточно для рекристаллизации заготовки. Данное явление может быть как вредным, так и полезным.

Нагартовка – это технологический процесс, который преследует те же цели, что и наклеп. Основное отличие заключается в том, что последнее явление может происходить в результате осознанных или неосознанных действий.

Например, в процессе механической обработки резанием с высокой скоростью и глубиной прохода поверхность приобретает избыточную прочность, что повышает хрупкость изделия. Нагартовкой являются только полезные деформационные упрочнения, применение которых имеет умышленный характер.

Суть и назначение наклепа и нагартовки

В результате пластической деформации происходят изменения в кристаллической решетке и фазовом составе материала. Процесс нагартовки металла сопровождается образованием дефектов во внутренней структуре изделия. При этом свойства материала изменяются следующим образом:

• повышается стойкость к механическим повреждениям (упрочнение металла);
• увеличивается твердость материала;
• снижается сопротивление динамическим нагрузкам;
• теряется пластичность;
• происходит снижение устойчивости к пластическим деформациям с противоположным знаком – это называется эффектом Баушингера.

Таким образом, снижается предел текучести металла. Этот параметр определяет предельное напряжение на изделие, при котором оно начнет деформироваться пластически. Если степень нагрузки не превышает допустимого значения, после прекращения действия сторонних сил металл вернется в прежнее состояние.

Данный параметр особенно важен для нагартованной стали, которую используют в качестве основного материала в несущих конструкциях различных зданий и сооружений. Проект составляют с учетом предельных нагрузок на отдельные элементы и объект в целом.

Изучение структуры металла говорит о том, что после превышения предела текучести изделие получает деформационное упрочнение. Для закалки поверхности наклепом используют специальное оборудование, которое будет рассмотрено ниже.

При воздействии на сталь и прочие ферромагнитные материалы наблюдается увеличение значения напряженности магнитного поля. Этот параметр называется коэрцитивной силой. При этом магнитная проницаемость изделия снижается.

Рассматриваемое явление помогает повысить эксплуатационные свойства пластичных металлов. При нагартовке алюминия и сплавов на его основе наблюдается существенное увеличение твердости и повышение предела текучести.

Удобство работы с пластичными металлами заключается в том, что для холодной деформационной обработки можно использовать любой из нижеперечисленных способов:

• прокатку;
• глубокую вытяжку;
• ковку;
• отбортовку.

В каких случаях используют наклеп, а когда нагартовку

Физика данных процессов основана на деформационном упрочнении металлического изделия. Отличие заключается в следующем:

1. Наклепом называется любое деформационное упрочнение металла, эффект от которого может быть как положительным, так и отрицательным.
2. Нагартовкой считают только тот процесс, который применяют к изделию умышленно, с целью повышения эксплуатационных характеристик.

В технической документации, включая государственные стандарты, ANSI и ISO, отсутствует термин наклеп. Например, деформационно-упрочненный алюминий называют нагартованным. Для этого металла степень обработки обозначают буквой Н. За ней следует числовое определение, которое может содержать от одной до трех цифр.

Виды наклепа

Деформационное упрочнение металла классифицируют по процессам, которые активизируются в заготовке во время образования наклепанного слоя.

В случае образования новых фаз, отличающихся иным удельным объемом, явление называют фазовым. Если причина изменений – действие внешних сил, наклеп называют деформационным.

Существует две категории:

1. Центробежно-шариковый. На изделие воздействуют шариками, которые располагаются в гнездах обода установки. Ее принцип действия основан на вращении, когда под влиянием центробежной силы элементы оказывают механическое воздействие на обрабатываемую заготовку.
2. Дробеметный. Этот метод основан на использовании кинетической энергии. В качестве обрабатывающих элементов используют дробь диаметром до 4 мм, изготовленную из прочного материала: чугуна, стали или керамики. Согласно технологическим требованиям скорость потока может достигать 70 м/с.

Сущность наклепа и нагартовки

Наклеп металла является одним из способов упрочнения металлического изделия. Происходит это благодаря пластической деформации, которой такое изделие подвергают при температуре, находящейся ниже температуры рекристаллизации. Деформирование в процессе наклепа приводит к изменению как внутренней структуры, так и фазового состава металла. В результате таких изменений в кристаллической решетке возникают дефекты, которые выходят на поверхность деформируемого изделия. Естественно, эти процессы приводят и к изменениям механических характеристик металла. В частности, с ним происходит следующее:

• повышается твердость и прочность;
• снижаются пластичность и ударная вязкость, а также сопротивляемость к деформациям, имеющим противоположный знак;
• ухудшается устойчивость к коррозии.

Упрочнение поверхности металла можно оценить по изменению микротвердости, уменьшающейся про мере удаления от поверхности

Явление наклепа, если оно относится к ферромагнитным материалам (например, к железу), приводит к тому, что у металла увеличивается значение такого параметра, как коэрцитивная сила, а его магнитная проницаемость снижается. Если наклепанная область была сформирована в результате незначительной деформации, то остаточная индукция, которой характеризуется материал, снижается, а если степень деформации увеличить, то значение такого параметра резко возрастает. Из положительных последствий наклепа следует отметить и то, что с его помощью можно значительно улучшить эксплуатационные характеристики более пластичных металлов, создающих значительное трение в процессе использования.

Наклепанный слой на поверхности металлического изделия может быть сформирован как специально, тогда такой процесс является полезным, так и неумышленно, в таком случае его считают вредным. Чаще всего неумышленное поверхностное упрочнение металлического изделия происходит в процессе обработки резанием, когда на обрабатываемый металл оказывается значительное давление со стороны режущего инструмента.

Упрочнение (наклеп) при обработке резанием

Увеличение прочности приводит к тому, что поверхность металла становится и более хрупкой, что является очень нежелательным последствием обработки.

Деформационное уплотнение кромки этого затвора произошло в результате эксплуатации, значит – это наклеп

Маркировка легированных сталей

Из-за большого разнообразия сплавов с улучшающими добавками появилась необходимость в их маркировке. Легированные стали классификация и маркировка которых будет приведена ниже очень легко идентифицировать по буквенному обозначению, а также по указанию процентного состава тех или иных веществ в металле.

Маркировка включает в себя буквы, которые обозначают предназначение металла.

1. Ж, Х, Е — обозначение нержавеющих, хромистых и магнитных сплавов.
2. Я — хромоникелевая нержавеющая сталь.
3. Ш — шарикоподшипниковая.
4. Р — режущая.
5. А, Ш — качественная и высококачественная легированная сталь.

Также в сплавах могут содержаться следующие элементы:

• Азот — А
• Алюминий — Ю
• Бериллий — М
• Бор — П
• Вольфрам — В
• Ванадий — Ф
• Кобальт — К
• Кремний — С
• Марганец — Г
• Медь — Д
• Молибден — М
• Магний — Ш
• Ниобий — Б
• Никель — Н
• Селен — Е
• Титан — Т
• Фосфор — П
• Хром — Х
• Цирконий — Ц
• Редкоземельные металлы — Ч

Если легированные стали маркировка которых после букв не имеет цифр не содержат ниобия, молибдена, ванадия, алюминия, азота, бора, титана, циркония и редкоземельных металлов, то это будет говорить о том, что в материале содержание легирующего элемента менее 1,5%. Для перечисленных выше металлов имеется исключение из данного правила, по причине влияния на механические свойства сплава даже десятых долей процента.

Если перед буквенным обозначением стоит цифра, то это показатель содержания кремния, а расположение цифр после буквы указывает процентное соотношение обозначенных химических элементов.

Стандарты стран СНГ

При обозначении легированной конструкционной стали процентная величина массовой доли углерода маркируется первыми двумя цифрами без использования буквенного обозначения. Далее в порядке уменьшения указываются легирующие компоненты и их доля в сплаве в среднем эквиваленте. Буквенные обозначения химических элементов указаны в таблице 1. Легирующие присадки, количество которых менее 1,0% указываются только в расшифрованной номенклатуре, так как обозначение тогда бы приняло очень громоздкий вид.

Учитывая обширный сортамент, также марка стали может включать дополнительные симвноменклатуре, так как обозначение тогда бы приняло очень громоздкий вид.олы, более расширенно описывающие свойства или особенности: А – автоматные, Е – магнитные, Ж – нержавеющие, Р – режущие, Х – хромистые, Ш – шарикоподшипниковые, Э — электротехнические, Я – хромоникелевые. Также маркировка может предполагать исключения от общих правил обозначения. Так в зависимости от химического состава конструкционные сплавы разделяют на качественные и высококачественные. Например, в конце маркировки буква «А» указывает, что сплав является особо чистым в части содержания фосфора и серы, а буква «Ш» относит их к высококачественным.

Маркировка легированных сталей для речного и морского судостроения часто осуществляется в соответствии с ГОСТ 5521-86 и требованиями Международной ассоциации классификационных обществ. Это означает, что такие сплавы классифицируют на категории A, B, D и Е с учетом предела текучести, показателям прочности, хрупкости и сопротивления ударным нагрузкам.

Европейские стандарты

EN 10027 определяет порядок обозначения всех сталей. Легированные сплавы имеют маркировку 1.20ХХ – 1.89ХХ, где первая цифра определяет, что данный материал относится к сталям, вторая и третья цифра определяют номер группы сталей и две последние — порядковый номер сплава в этой группе. Например, категория инструментальных сталей идентифицируется как 1.20ХХ – 1.28ХХ, а нержавеющих как 1.40ХХ – 1.45ХХ.

Североамериканские стандарты ASTM/ASME и AISI

В США действует наиболее обширная система маркировки сталей. Например, маркировка ASTM предполагает обозначение основных химических элементов, предел прочности и форму проката. В системе AISI используют 4 цифры, где первые две указывают номер группы, две последующие – процентное количество углерода. Буквенные символы демонстрируют наличие соответствующих присадок.

Марки, наиболее востребованные в инжиниринге

• 09Г2С – низколегированная сталь, сочетающая механическую прочность, хорошую обрабатываемость и доступную стоимость;
• 40Х и ее аналог AISI 5135 – основной конструкционный материал для изготовления деталей и оборудования промышленного сектора и трубопроводной арматуры;
• 10Г2С1 – кремнемарганцевая марка, демонстрирующая хладостойкость, неплохую свариваемость и повышенную коррозионную стойкость, благодаря чему востребована при сооружении мостов, газопроводов и объектов повышенной надежности;
• 10Х11Н23Т3МР – жаропрочный сплав аустенитного класса, использующийся для производства пружин, деталей крепежа, работающих при температурах до 700ºС.

СВЕДЕНИЯ ОБ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

§ 1. Общие
понятия. Схема
деформирования металла при обработке давлением.

Пластическая деформация. Наклеп. Нагартовка.

В основе процессов
обработки металлов давлением лежит способность металлов и сплавов к
пластической деформации. Обработке давлением подвергают металлы и
сплавы, обладающие пластичностью. В результате давления изменяется
форма, размеры, структура и механические свойства металла.

В металлообрабатывающей
промышленности обработка давлением является одним из основных
способов производства. В сочетании с термической обработкой обработка
давлением обеспечивает самые высокие механические свойства металлов.

Основными процессами
обработки металлов давлением являются: прокатка, прессование,
свободная ковка, объемная штамповка.

Теоретические основы
обработки металлов давлением были впервые разработаны русским ученым
Д. К. Черновым. Большой вклад также внесли работы Н. С. Курнакова, В.
В. Соколовского, С. Н. Губкина, А. Н. Целикова, А. П. Чекмарева, Н.
М. Павлова и др.

Пластической деформацией называется остаточная деформация без макроскопических нарушений
сплошности материала.

При деформировании в
металле сначала возникают упругие напряжения и происходит упругое
искажение кристаллической решетки, но с увеличением напряжения
происходит скольжение одной части кристалла по отношению к другой,
вследствие чего появляются остаточные деформации (рис. 204, а). Между
сдвинутыми плоскостями кристаллов связь не устраняется, а искажение
кристаллографических плоскостей повышает прочность и твердость
металла. Сдвиги сопровождаются двойникованием, при котором одна часть
кристалла поворачивается в положение, симметричное другой его части
относительно его плоскости двойникования (рис. 204, б).

Рис. 204. Схема
деформирования металла при обработке давлением:

а — скольжение,
б — двойникование

Чаще всего двойникование
происходит при ударной нагрузке. Отдельные части кристаллов,
перемещаясь одна по другой, образуют многочисленные линии скольжения.
Линии скольжения правильно ориентированы относительно направлений
главных нормальных напряжений, и составляют с осью образца угол,
равный приблизительно 45°.

При деформации зерна
вытягиваются в направлении наибольшей деформации, в результате чего
возникает определенное ориентирование зерен в одном направлении, и
микроструктура металла приобретает волокнистый характер. Такое
строение металла называется текстурой. Каждому процессу
деформирования соответствует определенная текстура.

Холодная обработка
давлением вызывает изменение механических и физико-механических
свойств. При холодной обработке повышаются сопротивление разрыву и
твердость, снижаются относительное удлинение и ударная вязкость.
Упрочнение металла при деформации в холодном состоянии называется наклепом.

Процесс деформации
металла начинается с поверхности и с определенной скоростью
распространяется в глубь деформируемого тела. При приложении усилий,
кратковременных по действию и небольших по величине, деформация
происходит только на поверхности. В этом случае наблюдается
поверхностное упрочнение металла, называемое нагартовкой.

Полученные в результате
холодной обработки давлением волокнистая структура и деформированная
решетка неустойчивы и с течением времени стремятся перейти в
устойчивое состояние. Однако у большинства металлов восстановление
решетки и микроструктуры при комнатной температуре происходит
чрезвычайно медленно вследствие малоподвижности атомов при этих
температурах. Для ускорения процесса необходимо металл нагреть.

Если
холоднодеформированный металл подвергнуть термической обработке —
отжигу, то наклеп устраняется и металл снова приобретает пластичность
и другие присущие ему свойства. В холодном состоянии обработке
давлением подвергают тонкие листы, полосы из мягкой стали, цветные
металлы и сплавы. Сталь обрабатывают давлением обычно в нагретом
состоянии, так как с повышением температуры обрабатываемый материал
приобретает наибольшую пластичность.

При горячей обработке
давлением одновременно протекает два процесса: процесс деформации с
образованием наклепа и процесс рекристаллизации с образованием новых
зерен. Процесс рекристаллизации возникает при температуре,
определяемой по формуле А. А. Бочвара:

P_р=0,4T, где Т
— абсолютная температура плавления.

При температуре
рекристаллизации в деформируемом металле появляются центры
рекристаллизации, вокруг которых возникают новые зерна правильной
равноосной структуры.

Следовательно, при
горячей обработке давлением металл должен получить
рекристаллизованную структуру без следов упрочнения (наклепа).

Литература

• Шведков Е.Л., Денисенко Э.Т., Ковенский И.И. Словарь-справочник по порошковой металлургии. — К. , 1982. — 272 с.
• А. П. Гуляев «Металловедение» Москва издательство «Металлургия» 1977.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Наклёп» в других словарях:

наклёв — наклёв … Русское словесное ударение

наклёп — наклёп … Русское словесное ударение

наклёв — наклёв, а … Русский орфографический словарь

наклёп — наклёп, а … Русский орфографический словарь

наклёп — наклёп … Словарь употребления буквы Ё

НАКЛЁВ — НАКЛЁВ, наклёва, муж. (спец.). 1. только ед. Действие по гл. наклевывать наклюнуть. 2. Наклюнутое детенышем место на скорлупе яйца. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

наклёп — изменение структуры и свойств металлов и сплавов в результате пластической деформации. При наклёпе уменьшаются пластичность и ударная вязкость, но повышаются твёрдость и прочность. Используется для поверхностного упрочнения деталей. * * * НАКЛЕП… … Энциклопедический словарь

накл. — накл. накладная Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. С. Пб.: Политехника, 1997. 527 с. накл. наклонение глагола Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. С. Пб.: Политехника, 1997. 527 с … Словарь сокращений и аббревиатур

Источник

Нагартованный алюминий что это?

Алюминиевый лист является полуфабрикатом, который изготавливается из алюминия или его сплавов путем горячей деформации и дальнейшей холодной прокатки.

Для изготовления листов современными производителями используется разные марки технического алюминия, в частности: А0, АД0, А5, А6, дюралевые сплавы марок Д1, Д12, Д16, деформируемые сплавы АД31, алюминиево-марганцовые и алюминиево-магниевые – АМц и АМг соответственно. Для повышения стойкости к коррозии листы из большинства сплавов с помощью плакирования (наслаивания) покрываются пленкой алюминия высокой чистоты. Толщина ее составляет до 5-ти процентов общей толщины заготовки.

Группы цветных металлов

С учетом химических и физических свойств, сформировано 8 групп цветных металлов:

• Тяжелым цветметом называют олово, никель, медь, а также свинец и цинк. Они высоко ценятся на рынке вторсырья.
• Легкими металлами считают алюминий, титан, кальций, стронций и другие.
• Благородные – особая группа ценного цветмета, представители которой известны каждому.
• Малые металлы, к списку которых причисляют кадмий, мышьяк, кобальт, а также сурьму и висмут.
• Тугоплавкие цветные металлы с усиленной антикоррозийной способностью. Эту группу сложно представить без циркония, ниобия, молибдена, ванадия и вольфрама.
• Рассеянные редкие металлы, которые изготовлены из вторсырья цветмета. К их числу относится теллур, таллий, рений, а также германий и индий.
• Редкоземельные металлы, к которым относятся лантаноиды, а также иттрий и скандий.
• Радиоактивные металлы.

Наличие пунктов приема лома по всей Москве позволяет нам оперативно принимать цветмет и предлагать высокую цену за вторсырье. Стоимость за килограмм зависит от вида металла и присутствия других посторонних веществ.

Обозначение состояний алюминиевых сплавов

Для обозначения всех состояний алюминия и алюминиевых сплавов (и не только нагартованных) во всем мире широко применяется американская система обозначений, разработанная в свое время Американской Алюминиевой Ассоциацией.

• Первоначальная система обозначений состояний деформируемых алюминиевых сплавов изложена в американском стандарте ANSI H35.1.
• Эта система почти «один в один» принята международным стандартом ISO 2107 и европейским стандартом В 515.
• Отечественные стандарты (ГОСТ) пока применяют свою систему обозначений состояний, которая значительно отличается от международной.

Состояние материала в горячепрессованном состоянии без дополнительных обработок – термических или деформационных – обозначается стандартах В и ISO буквой F и никакие цифры за ней не следуют. В отечественных стандартах это состояние идет вообще без обозначения.

Состояние полностью отожженного материала обозначается буквой

«О» (не ноль) по международной классификации состояний алюминия и алюминиевых сплавов или «М» – по отечественным ГОСТам. Буква О с дополнительной цифрой относится к отжигу со специальными условиями.

Все обозначения нагартованных состояний начинаются с латинской буквы «Н». За ней могут идти от 1 до 3 цифр.

3 Нагартовка – оборудование и технологический процесс

Данный способ упрочнения нашел свое применение в том случае, когда необходимо повысить устойчивость деталей к растрескиванию, а также предотвратить усталость материала. Он часто используется в таких областях, как автомобиле- и авиастроение, в нефтяной и строительной индустриях. Немаловажным в этом вопросе является и качество оборудования, с помощью которого производят наклеп металла. Сегодня выбор установок довольно велик, причем они могут быть как общего назначения, так и созданные для какого-то конкретного ассортимента, например болтов, пружин и т. д. При этом независимо от размеров и вида обработки, процесс полностью автоматизирован, каждая установка позволяет регулировать как количество дроби, так и скорость, с которой она подается.

Как говорилось выше, данное явление может быть желаемым и наоборот. Желательное (полезное) – его называют нагартовкой – в основном применяют, когда нет возможности упрочнить металл путем термической обработки, также тогда находят свое применение операции, осуществляемые путем холодного деформирования. Это накатка, волочение, холодная прокатка, дробеструйная обработка и т. д. В основном нагартовке подвергаются медь, некоторые алюминиевые сплавы и сталь с содержанием углерода менее 0,25 %.

Что же насчет вредного наклепа, так здесь тоже все понятно, он возникает как бы сам собой и является нежелательным результатом какого-либо механического воздействия. Таким образом, проводить дальнейшую обработку металла зачастую становится невозможно, потому что можно повредить как инструмент, так и само изделие. Еще одним поводом для нежелательного упрочнения может служить нагрузка, повторявшаяся несколько раз, и в каждом случае было превышение предела текучести материала. Вследствие чего металл может быть подвержен полному разрушению.

В случае, когда необходимо вернуть образцу первоначальные свойства, производят снятие наклепа. Осуществляется данная процедура путем нагревания металла, так как тогда движение атомов становится более интенсивным, что способствует протеканию процессов, которые возвращают его в более устойчивое состояние. При этом следует иметь в виду, если нагрев относительно невысокий, тогда происходит возврат (снятие микронапряжений второго рода и частичного искажения кристаллической решетки).

Но если температуру и дальше увеличивать, тогда атомы становятся все более и более подвижными, в результате чего появляются новые равноосные зерна. Данное явление носит название рекристаллизационный отжиг. Этот процесс является по своей сути диффузионным, первыми возникают зародыши новых зерен в местах, где плотность дислокаций повышена и сосредоточены наибольшие искажения кристаллической решетки. Далее же происходит рост очагов в результате перехода атомов от проблемных участков. В конце концов деформированные зерна исчезают полностью, а металл состоит из новых, равноосных. Так становится видно, что наклеп и рекристаллизация являются противоположными процессами.

Нагартовка деформационно-упрочняемых сплавов

Модификация структуры

К этим сплавам относятся все сплавы серий 1ххх, 3ххх и 5ххх, а также часть сплавов серии 8ххх. Их технологическая цепочка состоит из этапов горячей обработки давлением, за которыми, возможно, следуют этапы холодной обработки давлением с промежуточным или завершающим отжигом.

Деформационное упрочнение – нагартовка – включает модификацию структуры под воздействием пластической деформации. Это происходит не только в ходе производства полуфабрикатов при прокатке, правке растяжением, волочении и т, п., но также в ходе последующих производственных этапах, таких как формовка, гибка и других производственных операциях.

Рисунок 6.1 – Кривые нагартовки алюминиевого сплава 5083

Механические свойства

Деформационное упрочнение повышает механические прочностные свойства и твердость, но снижает пластичность (рисунок 6).

Рисунок 6.2 – Влияние деформационного упрочнения на механические свойства: предел прочности при растяжении, предел текучести (0,2%) и относительное удлинение

Уровень механических свойств, который может достигаться, зависит от легирующих элементов. Например, сплавы серии 5ххх, которые содержат большое количество магния, имеют более высокий потенциальный уровень механических свойств, чем у сплавов других серий: 1ххх, 3ххх и 8ххх. В результате всегда происходит постепенное повышение механических свойств, вплоть до той точки, за которой дальнейшая обработка становится трудной, если вообще возможной. В этом случае, если требуется дальнейшая пластическая деформация, не обходимо производить термическую обработку отжигом.

Cмягчающий отжиг

Упрочнение, которое возникло в результате холодной пластической обработки может быть устранено или смягчено путем отжига. В зависимости от комбинации длительность-температура, это умягчение может быть (рисунок 7):

• частичным: это – cмягчающий или неполный отжиг;
• полным: это – рекристаллизационный отжиг, в ходе которого образуется новая зеренная структура (рисунок (8).

Рисунок 7 – Изотермические кривые отжига сплава 5754

Рисунок 8 – Изменение твердости и структуры при отжиге

Временные и температурные параметры являются специфическими для каждого сплава и зависят от степени деформационного упрочнения, которому материал подвергался перед отжигом.

Как и у других металлов и сплавов, существует критическая зона деформационного упрочнения (рисунок 9.1). Если отжиг применяется к материалу в состоянии, которое находится в этой критической зоне, то может происходить бесконтрольный рост зерна. Это делает последующие операции формовки, такие как волочение и гибки более трудными. После деформации поверхность металла может иметь вид, который называют «апельсиновая корка».

Рисунок 9.1 – Изменение размера зерна при отжиге в зависимости от степени нагартовки

Уровень механических свойств полуфабриката и, в частности, компромисс между пределом прочности и пластичностью (относительным удлинением), контролируются параметрами деформационной обработки и последующими операциями отжига (промежуточными или заключительным).

Необходимо отметить, что при одинаковом уровне предела прочности уровень пластичности будет выше в нагартованном и частично отожженном металле (H2X), чем в «чисто» нагартованном металле (H1X) (рисунок 9.2). Поэтому состояния с частичным (смягчающим) отжигом являются более предпочтительными, когда максимальная способность к формовке является главным фактором, например, при глубокой вытяжке .

Рисунок 9.2- Различие нагартованных состояний H14 и H24