Виды наклепа
Наклеп – это упрочнение металлов и сплавов благодаря изменению структуры и фазового состава при пластической деформации в условиях температуры ниже, чем температура рекристаллизации.
Существуют два вида наклепа:
- Деформированный наклеп, который является результатом действия внешних деформационных сил. Данный вид наклепа делится на два подвида: центробежно-шариковый наклеп и дробеструйный наклеп. Центробежно-шариковый наклеп создается благодаря кинетической энергии роликов, которые находятся на периферии обода и взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью. Дробеструйный наклеп представляет собой упрочнение, достигаемое благодаря кинетической энергии круглой стальной или чугунной дроби, а также керамической дроби, которые направляются роторным дробометом или потоком воздуха.
- Фазовый наклеп. При данном виде наклепа источник деформации - фазовые превращения, результатом которого является образование новых фаз, отличных от исходных.
Наклеп может быть полезен либо нежелателен. Специально он создается для проводов, цепей, тросов и арматуры железобетонных конструкций с целью предотвращения остаточных удлинений. Для изделий из листовой меди или латуни для придания им упругих свойств, они подвергаются холодной прокатке на валках. Нежелателен наклеп в случае изготовления клепаных конструкций. Когда отверстия пробиваются на прессах, то на краях отверстий материал оказывается наклепанным, что может стать причиной возникновения трещин. В такой ситуации пробивают отверстия меньшего диаметра, чем необходимо, а затем рассверливают их до нужного размера, удаляя наклепанную часть. Наклеп может появляться в процессе штамповки тонкостенных деталей, что становится причиной разрыва листов.
Рекристаллизация
Рекристаллизация – это процесс образования или только лишь роста одних кристаллических зерен за счет других.
Различают три вида рекристаллизации:
- Первичная рекристаллизация. При данном виде рекристаллизации образуются новые неискаженные кристаллиты, которые в процессе роста поглощают зерна, искаженные деформацией.
- Собирательная рекристаллизация. При данном виде рекристаллизации неискаженные зерна растут благодаря друг другу, и в результате средняя величина зерен увеличивается.
- Вторичная рекристаллизация. Данный вид рекристаллизации отличается от собирательной рекристаллизации тем, что способностью к росту обладает только некоторая часть зерен.
В результате рекристаллизации почти полностью снимается наклеп, а свойства рекристаллизованного металла становятся сопоставимыми со свойствами отожженного. Наименьшая температура при которой происходит разупрочнение металла называется температурным порогом рекристаллизации. Чем ниже данный показатель, тем выше степень деформации, больше продолжительность нагрева или меньше исходная величина зерна до процесса деформации. По Бочарову температура начала процесса рекристаллизации рассчитывается следующим образом:
$Трек = а*Тп$
где: а - безразмерный коэффициент, который учитывает степень деформации и чистоту металла; Тп - температура плавления.
Схема изменения структуры наклепанного металла при нагреве изображена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема изменения структуры наклепанного металла при нагреве. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: а - исходный наклепанный металл; б - начала первичной рекристаллизации; в - окончание первичной рекристаллизации; г - собирательная рекристаллизация.
После окончания первичной рекристаллизации в процессе нагрева начинается рост рекристаллизованных зерен за счет других. Рост осуществляется благодаря переходу атомов через границу раздела от одного зерна к соседнему. Данный процесс сопровождается перемещением границ растущих зерен к центру кривизны. С точки зрения термодинамики процесс выгоден, потому что увеличивается стабильность всей системы и снижается поверхностная энергия металла. Собирательная рекристаллизация завершается образованием зерен в виде многогранников с углами разориентировки между соседними гранями порядка 12 градусов. При высоких температурах происходит неравномерный рост некоторых зерен - вторичная рекристаллизация, а структура представляет собой смесь мелких и крупных зерен. Данное явление отрицательно сказывается на всех свойствах металла.
Процесс рекристаллизации используется для управления размерами, формами, свойствами и текстурой зерен. Например, в сталях данный процесс сочетается со сфероидиацией цементита. Получаются круглые частицы цементита размерами от 0,5 до 2 мкм. В металлургии используется простое правило, чтобы определить температуру рекристаллизации сплава. Данное значение берется 0,4 от температуры плавления. Увеличение времени выдержки при температуре рекристаллизации или повышение температуры нагрева являются причиной роста центра рекристаллизации.
