Технология наклепа и нагартовки металла

Применение

В промышленности нагартовку применяют для придания прочности изделиям из нержавеющей стали, меди, алюминия и его сплавов

Это очень важно для машиностроения, поскольку различные узлы и механизмы часто работают в неблагоприятных условиях и со временем изнашиваются

Нагартованная проволока из нержавеющей стали обладает повышенной твердостью и жесткостью и устойчива к колебаниям температуры. Такая проволока используется в машиностроении при изготовлении деталей различных видов автомобилей. Она также нашла широкое применение для изготовления очень прочных канатов, тросов и пружин. Еще нагартовку часто используют для производства нержавеющих лент.

Электропровода из нагартованной проволоки не подвержены коррозии и обладают длительным сроком службы.

Также нагартованная проволока может служить как материал для нержавеющих сеток, из которых делают перегородки.

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.

Технология наклепа и нагартовки металла, лента, в России | МеталлЭнергоХолдинг

В металлопрокатной промышленности нагартовкой или деформационным упрочнением называется управляемый технологический процесс, который применяют для увеличения твердости металлов, повышения его прочностных характеристик.

Эта технология применяется к тем материалам, которые не могут быть уточнены термообработкой. Закалку не применяют для изменения механических свойств проката из медных, алюминиевых сплавов, низкоуглеродистых сталей, сплавов хрома с никелем.

Для таких материалов деформационное упрочнение является единственным способом для увеличения прочностных характеристик.

Определения нагартовка и наклеп используются для обозначения процесса изменения структуры металла, а также повышение его твердости в результате внешнего воздействия. При этом в понятие наклепа входят как естественные процессы, происходящие в структуре металла, так и управляемые специальными методами обработки.

По своему происхождению наклеп бывает:

• Фазовым. В этом случае структурные изменения вызваны фазовыми, происходящими в результате термообработки металла.
• Деформационным. Упрочнение и повышение твердости происходит в результате воздействия внешних сил.

В частности, фазовый наклеп (нежелательный) возникает при резке сплавов, обладающих пластичностью и мягкостью. Слишком глубокий рез при большой толщине заготовки, выполненный с большой скоростью, становится причиной интенсивного наклепа, снижения пластичности металла, повышения хрупкости.

В отличие от наклепа нагартовка — это управляемый процесс. Наклеп не всегда приносит пользу. При наклепе снижаются пластические свойства материалов. Например, пластичность низкоуглеродистых сплавов стали снижается более чем в 5 раз. Параллельно происходит снижение устойчивости металла к механическим воздействиям — нагрузкам на разрыв, растяжение, сжатие и изгиб.

Классификация по конструкции

Существует множество версий и модификаций данного метиза. Стандартом считается распорный элемент, который используется в соединении рыхлых, мягких и хрупких стройматериалов. Обратная головка этой заклепки в процессе монтажа складывается, что позволяет распределять нагрузку по большой площади с обратной стороны. Для работы с древесиной применяют лепестковые модели. В момент установки стержень раскрывается и образует лепестковые сгибы, которые, в свою очередь, дают обратный упор и фиксацию материала. Как правило, это заклепки алюминиевые, способные справляться с легкими панелями. Интересны и многозажимные изделия, предназначенные для соединения материалов разной толщины. Формируемый узел в данном случае является универсальным, поэтому его часто используют там, где нет четких представлений о размерах заготовок. Наиболее же технологичный вариант предлагают разработчики кассетных моделей. В данной конструкции фиксирующие упорные элементы могут быть представлены десятками уровней. При этом несущей основой будет выступать только один стержень.

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

Сварка сплавов

Мы отмечали, что после добавления компонентов металлообработка, в том числе с помощью сварочного аппарата, затрудняется. Посмотрим, в чем особенности.

Низколегированных

Рекомендации:

• Нельзя допускать быстрого остывания шва – тогда могут появиться микротрещины.
• Аппарат должен быть с обратной полярностью и постоянным напряжением.
• Нужно использовать электроды с фтористо-кальциевым покрытием.
• Процесс – без перерыва, плавно со средней скоростью в 20 м/ч.
• Напряжение – 40 В и сила тока – 80 А.

Среднелегированных

Особенности:

• В электродах должно быть меньше легирующих веществ, чем в сплаве.
• Если лист шире, чем 5 мм, применяйте аргоновую сварку.
• При газовом аппарате используйте смесь из ацетилена и кислорода.

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

Разновидности процесса

Классификация переходов фазового наклёпа может быть выполнена по следующим признакам:

1. По характеру движения, которое выполняется рабочим инструментом – оно может быть возвратно-поступательным или вращательным. Последний вариант характерен для нагартовки деталей, являющихся телами вращения.
2. По количеству проходов нагартовки – одно- или многоступенчатые процессы. Первые используются для продукции, которая изготовлена из пластичных металлов и сплавов, вторые – для материалов со сниженными показателями пластичности.
3. По наличию или отсутствию промежуточной среды (расходного материала), при помощи которой и выполняется процесс наклёпа. Наличие промежуточной среды усложняет конструкцию оборудования, но зато возрастают и его технологические возможности. В частности, допускается варьирование параметрами процесса в более широких пределах.

При единичном характере выполняемых операций нагартовка может выполняться вручную, однако более высокое качество наклёпанной поверхности обеспечивает только механизированная и автоматизированная обработка. Отметим также, что значительно более высокими возможностями обладают процессы термической обработки металлов, которые по своей сущности тоже являются упрочняющими.

В настоящее время считается, что выделение операции наклёпа в самостоятельный переход технологического процесса получения продукции далеко не всегда целесообразно, и должно сочетаться с другими операциями.

Оборудование для наклепа

Выбор оборудования определяется серийностью производства. Так, для механического упрочнения круглых поверхностей используются обычные токарные станки, а в качестве инструмента – давильные или обкатные ролики. Деталь, которая подлежит нагартовке, закрепляется в передней бабке станка, а давильный инструмент – в задней (при необходимости предусматривается установка дополнительных давильных роликов и в суппорте). Вал включают на минимальное число оборотов, и при постоянной (лучше – автоматизированной) подаче выполняют упрочняющую обработку. Величину подачи инструмента при силовой обкатке следует рассчитывать таким образом, чтобы глубина зоны уплотнения превышала величину упругих деформаций, характерных для данного металла. Иначе, вследствие упругого последействия заготовка восстановит свою первоначальную форму и наклёпа не произойдёт.

При ударном упрочнении используют обработку поверхности изделия непрерывным потоком абразива или закалённых стальных шариков. Подлежащие нагартовке детали загружают в стальной бункер, в который с определённой скоростью подаётся расходный материал. Повышение эффективности упрочняющей обработке происходит не только из-за регулирования количества и скорости подачи абразива/шариков, но и вследствие вращения бункера. Одновременно происходит не только упрочнение, но и очистка поверхности деталей от загрязнения, остатков технологической окалины или стружки. После окончания цикла расходный материал фильтруется, очищается и вновь направляется в бункер. Такой способ обработки эффективен в условиях среднесерийного и массового производства.

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

Почему бандажные ленты из металла так популярны

Металлическая лента – самый востребованный упаковочный материал. Помимо упаковки грузов стальные полосы применяются в электромонтажных работах. С их помощью самоизолирующие провода СИП надежно крепятся к различным опорам: железобетонным, деревянным столбам, стенам домов.

Главные преимущества– отличные технические и эксплуатационные характеристики:

1. Универсальность применения.
2. Сведение к минимуму случаев деформаций, порчи товаров.
3. Высокая прочность, надежность крепления, сопротивляемость сверхвысоким механическим нагрузкам.
4. Аккуратность, внешний вид груза остается открытым для внешнего обзора.
5. Компактность, удобная расфасовка для пользования (бухты, рулоны).
6. Большой выбор типоразмеров.
7. Доступность, сравнительно невысокая стоимость.
8. Транспортировка грузов различными видами транспорта.

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.

2 Наклеп металла – типы и физика этого процесса

Данное упрочнение бывает двух видов. В случае если в металле произошли фазовые изменения, в результате чего образовались новые фазы, имеющие иной удельный объем, то такой процесс будет, соответственно, называться фазовым наклепом. А когда изменения кристаллической решетки произошли в результате воздействия каких-то внешних сил, то это будет деформационный. Он, в свою очередь, делится на центробежно-шариковый и дробометный наклеп.

Так, при первом на обрабатываемую поверхность воздействуют шарики, которые располагаются на периферии обода и затем отбрасываются вглубь гнезда. Дробеструйное (дробометное) упрочнение достигается посредством кинетической энергии быстрого потока (его скорость достигает 70 м/с) круглой дроби диаметром в пределах от 0,4 до 2 миллиметров. Часто для этой цели используют чугунные, керамические, стальные элементы.

Разберемся в физике этого процесса. Если на металл производить некую нагрузку, которая будет превышать предел текучести, то при этом возникнут напряжения, а после снятия давления материал будет деформирован. В случае же повторного «нагружения» способность данного изделия к пластическим деформациям снизится, и его предел текучести повысится до значения возникших ранее напряжений. Материал, очевидно, станет прочнее. И тогда чтобы опять вызвать очередное изменение формы с остаточным изгибом, необходимо будет прикладывать более высокую нагрузку.

Вообще, пластическая деформация является следствием перемещения дислокаций. И пара движущихся дефектных линий в кристаллической решетке способна породить сотни новых, результатом этого является повышение предела текучести. Но такое явление значительно отражается на строении металла. Его решетка искажается, а беспорядочно ориентированные кристаллы поворачиваются осями наибольшей прочности вдоль направления деформации. И чем последняя окажется больше, тем заметнее будет увеличиваться степень структурированности, другими словами, все зерна станут ориентированы одинаково. При этом мнение, будто зерна измельчаются, весьма ошибочно, они только лишь деформируются, сплющиваются, но сохраняют площадь поперечного сечения.

Описание процесса

Рассмотрим сущность явления наклепа. Как известно, практически все металлы и их сплавы (например, алюминий или медь и их сплавы) имеют упорядоченную кристаллическую структуру.Но все не так просто. Они состоят из зерен, внутри которых расположение атомов является упорядоченным.Но сами зерна по отношению друг к другу располагаются хаотично, т. е. неупорядоченно.

При механической нагрузке в структуре вещества появляются дислокации (микроскопические дефекты). По мере увеличения нагрузки дислокации перемещаются и взаимодействуют друг с другом. Образуется другая структура.Она сопротивляется деформации, остающейся после снятия нагрузки (пластической деформации). Способность металла сопротивляться деформациям при этом увеличивается.

После наклепа состояние вещества является термодинамически нестабильным. Если пластичность необходимо увеличить, наклеп снимают рекристаллизационным отжигом, нагревая материал выше температуры рекристаллизации. При этом материал переходит в более стабильное состояние. Необходимость снятия наклепа возникает, например, в металлургии при производстве проволоки или ленты.

Можно сделать следующие выводы:

• после нагартовки или наклепа твердость и прочность материала увеличивается;
• хрупкость материала тоже повышается.

В частности, нагартовка стали актуальная для изделий, в которых необходимо предотвратить поверхностное растрескивание и такое явление, как усталость металлов, что приводит к накоплению внутренних напряжений, возникновению трещини, в конце концов, к разрушению материала.