Нагартованный алюминий это: Нагартовка алюминия

Содержание

Нагартовка алюминия

Методы обработки металлов давлением – прокатка, ковка, штамповка,  прессование – превращают литой алюминиевый слиток в готовый полуфабрикат или конечное изделие – алюминиевый лист, алюминиевую поковку, алюминиевую штампованную деталь или алюминиевый профиль. Это происходит при повышенной или комнатной температуре и может также включать один или несколько промежуточных нагревов – отжигов – алюминия или алюминиевого сплава для восстановления его пластичности. При этом происходит два основных изменения: 1) изменение формы и 2) изменение микроструктуры и механических свойств.

Пример: прокатка фольги из слитка

Например, прокаткой из алюминиевого слитка длиной 5 м и толщиной 300 мм получают около 200 километров алюминиевой фольги толщиной 7 микрометров. Изменение формы измеряется единицами деформации. И без численной оценки деформаций ясно, что здесь они были очень большими, и их нельзя было достичь за один проход. Обычно путь изготовления фольги начинается с горячей прокатки и заканчивается холодной прокаткой и отжигом.          

Почему алюминий пластичный?

Способность подвергаться большой пластической деформации является одним из наиболее полезных свойств металлов. Металлы с гранецентрированной кубической решеткой, к которым относится и алюминий, обычно проявляют хорошую пластичность – их можно легко деформировать в различные сложные формы.  Обычно металлы состоит из большого количества отдельных зерен или кристаллов, то есть они являются поликристаллическими. Типичное зерно или кристалл алюминия после горячей и холодной обработки, а затем отжига имеет диаметр, скажем, 40 мкм, а элементарная ячейка атомной кристаллической решетки – всего около 0,4 нм = 0,0004 мкм. Так что каждое зерно содержит много миллионов таких элементарных ячеек – порядка 10

15 штук.

Дислокации в алюминии

При разливке алюминиевых слитков первичные кристаллы растут из жидкой фазы и литая микроструктура обычно очень грубая. Когда алюминий пластически деформируют, каждое зерно деформируется путем движения линейных дефектов своей кристаллической решетки. Деформация происходит за счет проскальзывания по плоскостям скольжения вдоль направлений сдвига. Эти дефекты называют дислокациями (рисунок 1).  Дислокации двигаются по некоторым кристаллографическим плоскостям в кристалле – так называемым «плотно упакованным плоскостям», которые известны как плоскости скольжения. Движение одной дислокации производит единичную сдвиговую деформацию, а объединенное движение сотен тысяч дислокаций – полную деформацию.   deformacia-putyom-skolzeniya-dislokacyi

Рисунок 1 

В ходе деформации при комнатной температуре число дислокаций возрастает и им становится трудно двигаться сквозь атомную решетку. В этом случае говорят, что алюминий «получил нагартовку», «получил  деформационное упрочнение» или даже «наклепался», а такой алюминий или алюминиевый сплав называют нагартованным. Это означает, что для продолжения деформации требуется все большие усилия, а алюминий постепенно теряет пластичность, что, в конечном счете, приведет к образованию в нем трещин и его разрушению.

В это время на атомном уровне происходит следующее. В ходе деформации скольжение дислокаций происходит очень активно и движущиеся дислокации различных плоскостей скольжения начинают взаимодействовать друг с другом, перепутываться между собой и образовывать так называемый «лес» дислокаций. С увеличением плотности дислокаций возрастает предел текучести материала – где-то прямо пропорционально корню квадратному из плотности дислокаций. 

Возврат и рекристаллизация деформированного алюминия

Дислокации, которые возникли при нагартовке алюминия, можно удалить путем нагрева нагартованного металла до умеренно высокой температуры, например, 345 °С. Это заставляет алюминий снова стать мягким и восстанавливает его пластичность. Этот нагрев называют

отжигом. Изменения микроструктуры, которые происходят в ходе отжига, называют возвратом и рекристаллизацией. В ходе деформации при повышенных температурах обычно происходят процессы восстановления. Их называют динамическим возвратом и динамической рекристаллизацией

Благодаря этим процессам алюминий не нагартовывается так сильно как при комнатной температуре и требует для деформирования намного более низкие нагрузки. Уже при температуре 200 ºС чистый алюминий почти полностью теряет способность к нагартовке.  При умеренных пластических деформациях алюминиевых сплавов дислокации в них распределяются неоднородно, а формируют ячейки со стенками из перепутанных дислокаций и малой плотностью дислокаций внутри ячеек. Обычно эти ячейки имеют диаметр порядка 1 микрометра. Когда происходит возврат, стенки ячеек становятся границами так называемых

субзерен. При отжиге алюминия или алюминиевого сплава после большого объема холодной пластической деформации происходит процесс рекристаллизации с образованием новых зерен (рисунок 2). Движущей силой рекристаллизации является запасенная внутренняя энергия, которая возникает при образовании дислокаций.

nagartovka-vozvrat-rekristallizaciya

Рисунок 2

Плотность дислокаций можно выразить в виде их суммарной длины в единице объема материала. Для отожженного материала это может быть величина около 1010 м-2, а для сильно нагартованного алюминия она доходит до 1015 м-2.

Источник: TALAT 1251

Нагартованные состояния алюминия по ANSI, EN и ГОСТ

Наклеп или нагартовка являются естественным следствием большинства деформационных операций алюминия и его сплавов. Иногда это называют еще деформационным упрочнением. Наклеп повышает прочность сплава, которая была достигнута в результате легирования и упрочняющей термической обработки. Для термически упрочняемых сплавов деформационное упрочнение может также повышать скорость выделения упрочняющей фазы.  

Степень нагартовки

Нагартовку применяют для повышения прочностных свойств алюминия и алюминиевых сплавов, которые не упрочняются термической обработкой. Иногда эти сплавы – в основном сплавы серий 3ххх и 5ххх – называют в позитивном ключе: деформационно упрочняемыми. Основными «рычагами» для получения того или другого нагартованного состояния являются степень нагартовки – количество пластической холодной деформации и отжиг, полный или частичный – нагрев до температуры 350-400 °С при длительности, как правило, достаточной для полного прогрева.

Полный и частичный отжиг

Полный отжиг применяют для полного снятия нагартовки материала и приведения материала к состоянию с минимальными прочностными характеристиками и максимальными пластическим свойствами. Частичный отжиг выполняют для частичного снижения уровня прочностных свойств и повышения пластических для приведения материала готового изделия в заданное состояние.

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 h45.1.
  • Эта система почти «один в один» принята международным стандартом ISO 2107 и европейским стандартом EN 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 EN 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.

Только нагартовка – серия Н1

Чисто нагартованные состояния без дополнительных обработок образуют серию Н1. Полностью нагартованным состоянием материала, которое обозначают Н18,  называют состояние, полученное при холодной деформации эквивалентной относительному обжатию при прокатке 0,75. Относительное обжатие – это отношение разности толщин исходного и конечного листа к исходной толщине листа. Относительная вытяжка 0,75 будет достигаться, например, при исходной толщине 10 мм и конечной толщине 2,5 мм: (10 – 2,5)/10 = 0,75.  Состояние Н19 обозначает изделия с еще большей степенью нагартовки, чем в состоянии Н18. Оно применяется, например, для ленты толщиной 0,30 мм из алюминиевого сплава 3104 для изготовления корпуса пивной банки. Состояния Н16, Н14 и Н12 получают при меньшем количестве холодной деформации и они представляют, соответственно,

тричетвертинагартованное, полунагартованное и четвертьнагартованное состояния.  

Состояния алюминия h211 и h212

При указании требований к механическим свойствам алюминия и алюминиевых сплавов часто употребляют обозначения состояний Н111 и Н112 из той же серии Н1. Состояние Н111 отличается от отожженного состояния О только небольшой степенью нагартовки, которую мог получить материал при правке или других технологических операциях. Состояние Н112 отличается от состояния F только небольшой степенью нагартовки (при горячей или холодной обработке), а также обязательным контролем механических свойств.     

Нагартовка и отжиг – серия Н2

Серия Н2 относится к материалам, которые были нагартованы до более высокой степени, чем это нужно было бы для заданных прочностных свойств, а затем снижают эту «лишнюю» прочность снимают с помощью частичного отжига. С увеличением степени нагартовки вторая цифра возрастает от 2 до 8 аналогично чисто нагартованным состояния: Н22, Н24, Н26 и Н28.   

На рисунке схематически показаны нагартованные состояния серий Н1 и Н2 при различной степени нагартовки и различных длительностях отжига при постоянной температуре. Бывают аналогичные графики в зависимости от температуры отжига. У состояний с одинаковыми вторыми цифрами пределы прочности – одинаковые, а предел текучести у состояний с частичным отжигом ниже, чем у чисто нагартованных состояний. График роста прочности от степени холодной деформации имеет выпуклость вверх. Это отражает тот факт, что первые стадии холодной деформации дают максимальный прирост прочности.

nagartovka-alyuminiya

Серия Н3 – для сплавов алюминий-магний

Серия Н3 – состояния с нагартовкой и стабилизирующей обработкой: Н32, Н34, Н36 и Н38. Эту серию состояний применяют только для алюминиево-магниевых сплавов – сплавов серии 5ххх. Дело в том, что в нагартованном состоянии эти сплавы в течение некоторого времени могут терять, достигнутые нагартовкой прочностные свойства, за счет механизма естественного старения. Поэтому, если стабильность прочностных свойств важна, их часто нагревают до умеренных температур, например, 220 °С, чтобы завершить этот процесс старения, при этом несколько снизить прочность, но повысить пластичность и, тем самым, обеспечить последующую стабильность механических свойств и рабочих характеристик.    

Нагартовка и лакировка – серия Н4

Серия Н4 применяется для нагартованных изделий с дополнительной лакировкой поверхности. Например, при изготовлении крышек пивных банок применяют ленту толщиной 0,26 мм из алюминиевого сплава 5182 в состоянии Н48 – полностью нагартованную и лакированную.   

Состояния алюминиевых сплавов в стандартах ГОСТ

В старых, еще «советских», но еще успешно действующих ГОСТах применяются свои обозначения нагартованных состояний. В ГОСТ 18475-82 на холоднодеформированные трубы, ГОСТ 7871-75 на сварочную проволоку и ГОСТ 21631-76  на листы предусмотрены следующие состояния материала:

  • нагартованный (Н) и  
  • полунагартованный (П).  

В ГОСТ 24767-81 на холодногнутые профили предусмотрено

  • полунагартованное состояние с обозначением  ½Н.

В относительно «свежем» ГОСТ 13726-97 на ленты к состоянием М и Н уже включают дополнительные состояния материала:

  • четвертьнагартованный (Н1), 
  • полунагартованный (Н2) и
  • тричетвертинагартованный (Н3).

Обозначения Н1, Н2 и Н3 имеют тут другой смысл, чем в стандартах ANSI, EN и ISO.

ГОСТ 18475-82 кроме этого предусматривает еще два состояния материала с участием нагартовки для термически упрочняемых сплавов АД31 и 1955:

  • нагартованный после закалки и искусственно состаренный (ТН) и
  • нагартованный после закалки и естественно состаренный (ТН1).

Это аналоги международных обозначений состояний Т8 и Т3, которые относятся к состояниям термически упрочняемых алюминиевых сплавов.

Нагартованный алюминий что это — Морской флот

Задача упрочнения поверхностного слоя металлического изделия является достаточно актуальной во многих случаях, ведь большая часть деталей машин и различных механизмов работает под воздействием значительных механических нагрузок. Решить такую задачу позволяет как наклеп, так и нагартовка, которые, несмотря на свою схожесть, все же имеют определенные различия.

На производстве проблема упрочнения металлических поверхностей решается с помощью специального оборудования

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.

Если формирование наклепа может произойти в результате как осознанных, так и неосознанных действий, то нагартовка всегда выполняется специально и является, по сути, полноценной технологической операцией, цель которой состоит в поверхностном упрочнении металла.

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

Типы наклепа

Различают два основных типа наклепа, которые отличаются процессами, протекающими при его формировании в материале. Если новые фазы в металле, характеризующиеся иным удельным объемом, сформировались в результате протекания фазовых изменений, то такое явление носит название фазового наклепа. Если же изменения, произошедшие в кристаллической решетке металла, произошли из-за воздействия внешних сил, они называются деформационным наклепом.

Деформационный наклеп, в свою очередь, может быть центробежно-шариковым или дробеметным. Для выполнения наклепа первого типа на обрабатываемую поверхность воздействуют шариками, изначально располагающимися во внутренних гнездах специального обода. При вращении обода (что выполняется на максимальном приближении к обрабатываемой поверхности) шарики под воздействием центробежной силы отбрасываются к его периферии и оказывают ударное воздействие на деталь. Формирование наклепа в дробеструйных установках происходит за счет воздействия на обрабатываемую поверхность потока дробинок, перемещающихся по внутренней камере такого оборудования со скоростью до 70 м/с. В качестве таких дробинок, диаметр которых может составлять 0,4–2 мм, для наклепа могут быть использованы чугунные, стальные или керамические шарики.

Схема традиционного деформационного наклепа и график повышения твердости материала

Для того чтобы понимать, почему нагартовка или формирование наклепа приводят к упрочнению металла, следует разобраться в процессах, которые протекают в материале при выполнении таких процедур. При холодной пластической деформации, происходящей под воздействием нагрузки, величина которой превышает предел текучести металла, в его внутренней структуре возникают напряжения. В результате металл будет деформирован и останется в таком состоянии даже после снятия нагрузки. Предел текучести станет выше, и его значение будет соответствовать величине сформировавшихся в материале напряжений. Чтобы деформировать такой металл повторно, необходимо будет приложить уже значительно большее усилие. Таким образом, металл станет прочнее или, как говорят специалисты, перейдет в нагартованное состояние.

При холодной деформации металла, протекающей в результате воздействия соответствующего давления (в процессе, например, наклепа), дислокации, составляющие внутреннюю структуру материала, начинают перемещаться. Даже одна пара движущихся дефектных линий, сформировавшихся в кристаллической решетке, способна привести к образованию все новых и новых подобных локаций, что в итоге и повышает предел текучести материала.

Изменение структуры поверхностного слоя в результате холодной деформации

Внутренняя структура металла при его деформировании в процессе выполнения наклепа или нагартовки претерпевает серьезные изменения. В частности, искажается конфигурация кристаллической решетки, а пространственное положение кристаллов, которые ориентированы беспорядочно, упорядочивается. Такое упорядочивание приводит к тому, что оси кристаллов, в которых они обладают максимальной прочностью, располагаются вдоль направления деформирования. Чем активнее будет выполняться деформирование, тем большее количество кристаллов примут подобное пространственное положение. Существует ошибочное мнение, что зерна, составляющие внутреннюю структуру металла, при его деформации измельчаются. На самом деле они только деформируются, а площадь их поверхности остается неименной.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что в процессе выполнения нагартовки или наклепа изменяется кристаллическая структура стали или другого металла, в результате материал становится более твердым и прочным, но одновременно и более хрупким. Нагартованная сталь, таким образом, представляет собой материал, который специально был подвергнут пластической деформации для улучшения прочностных характеристик.

Нагартовка и оборудование для нее

Выполнение нагартовки изделий из стали особенно актуально в тех случаях, когда имеется необходимость повысить их устойчивость к поверхностному растрескиванию, а также предотвратить протекание в нем усталостных процессов. Отраслями промышленности, в которых нагартованные изделия зарекомендовали себя особенно хорошо, являются авиа- и автомобилестроение, нефтедобыча, нефтепереработка и строительство.

Устройство промышленной дробомётной установки для обработки труб

Такие методы упрочнения металлов, как контролируемый наклеп или нагартовка, могут быть реализованы при помощи различного оборудования, от качества и функциональности которого зависит результат выполняемых операций. Оборудование для нагартовки изделий из стали или других сплавов, которое сегодня представлено большим разнообразием моделей, может быть общего назначения или специального – для того, чтобы выполнять обработку деталей определенного типа (болтов, пружин и др.).

В промышленных масштабах нагартовка выполняется на автоматизированных устройствах, все режимы работы которых устанавливаются и контролируются за счет использования электронных систем. В частности, на таких станках автоматически регулируется как кол

Наклеп и нагартовка металлов: сущность и термины

Нагартовка

Нагартовка или деформационное упрочнение – это важный технологический процесс, которые применяют для увеличения прочности и/или твердости металлов и сплавов, которые не могут быть упрочнены термической обработкой. Эта технологическая обработка включает изменение формы изделия методами холодной пластической деформации, то есть ввода в металл механической энергии [1]. В результате этой обработки металл становится прочнее тверже, но теряет пластичность, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1 – Влияние степени нагартовки на прочность, твердость и пластичность металлов [1]

Наклеп и нагартовка

В русскоязычной технической литературе наблюдается определенная путаница в определении и применении терминов «наклеп» и «нагартовка».  Чаще всего эти термины отождествляются, применяются один вместо другого или оба сразу. Обычно наклепом (нагартовкой) называют как сам физический процесс изменения кристаллической структуры металла при его пластическом деформировании, так и результат этого процесса, то есть повышение прочности и твердости металла.

Предел текучести и наклеп

Одной из характеристик любого металла, в том числе, алюминия, является его предел текучести. Предел текучести металла – это напряжение, при котором этот металл начинает деформироваться пластически.

При напряжениях ниже этого предела текучести материал деформируется упруго. Если напряжения снимаются, то металл возвращается к своему первоначальному состоянию до приложения этих напряжений.

Обычно нагружение металла выше предела текучести является для него вредным. Недопущение напряжений выше предела текучести является главным требованием при проектировании деталей, изделий и сооружений.

Однако изучение изменения микроструктуры металла после деформации показывают, что механические свойства этого металла также изменяются. В частности, испытание на растяжение показывает, что металлический образец, который нагружался выше предела текучести обычно получает деформационное упрочнение или наклеп (рисунок 2).

Рисунок 2.1 – Увеличение предела текучести металла после его нагружения выше предела текучести

Что такое наклеп металла

Атомы, решетка, дислокации

Металлы и их сплавы, в том числе, алюминий и его сплавы, имеют кристаллическую структуру и состоят из большого количества зерен. Эти зерна имеют неправильную форму и различные размеры. В каждом зерне атомы упорядочены, но смежные зерна по-разному ориентированы относительно друг друга. В процессе холодной деформации структура зерен меняется за счет их фрагментации зерен, движения атомов и искажения атомной решетки.

Когда материал подвергается механическому нагружению, в его кристаллической структуре образуются микроскопические дефекты, которые известны как дислокации. Если нагрузки продолжают увеличиваться, эти дислокации начинают продвигаться и взаимодействовать между собой. Таким образом они образуют новую внутреннюю структуру, которая сопротивляется дальнейшей пластической деформации. Эта структура повышает предел текучести материала, то есть его  способность сопротивляться прилагаемым усилиям. При этом пластические свойства материала снижаются. Одним из наиболее известных путей намеренного создания наклепа является холодная пластическая формовка деталей и изделий – холодная обработка металлов давлением.

Рисунок 2.2 – Нагартовка алюминия  [6]

Типичными процессами холодной обработки металлов давлением являются:

  • холодная ковка (рисунок 2)
  • холодная прокатка (рисунок 3)
  • холодное прессование (экструзия) (рисунок 4)
  • волочение (рисунок 5)

Рисунок 3 – Ковка металла

Рисунок 4 – Прокатка металла

Рисунок 5 – Прессование металла

Рисунок 6 – Волочение металла

 

Уменьшение плотности металла

При наклепе металла его плотность уменьшается. Это происходит потому, что пластическая деформация приводит к нарушению порядка в размещении атомов, увеличение плотности дефектов и образование микропор. Уменьшение плотности означает увеличение удельного объема – объема единицы массы.

Остаточные напряжения

Наружный наклёпанный слой стремится расшириться, а внутренние слои его «не пускают» – в нем возникают сжимающие остаточные напряжения. Эти напряжения бывают очень полезными, так как способны замедлять зарождение и рост поверхностных усталостных трещин.

Полезный наклеп

Наклеп может быть желательным и нежелательным, полезным и вредным. Если наклеп металла является полезным, то при его изготовлении стремятся применять операции холодного пластического деформирования: холодную прокатку, волочение, обработку дробью, галтовку, накатку и тому подобное. Это  особенно важно для металлов и сплавов, которые не способны упрочнятся термически. К этим материалам относятся низкоуглеродистые стали, некоторые алюминиевые сплавы, а также чистая медь. Когда эти материалы подвергаются сжатию, волочению, гибке или ковке, то напряжения, которые при этом возникают, приводят к возникновению в кристаллической структуре дислокаций, которые упрочняют металл. В этом случае применяют оба термина: и наклеп, и нагартовка.

Стандарты о наклепе и нагартовке

Отечественные, еще советские, стандарты – ГОСТы – применяют к полезно «наклепанным» металлическим изделиям, например, листам алюминиевых сплавов только термин «нагартованные» и совершенно не употребляют слова «наклеп» или «наклепанные». Можно видеть это, например, в ГОСТ 21631 на листы из алюминия и алюминиевых сплавов: «листы нагартованные», «листы полунагартованные».

Вредный наклеп

Нежелательный, вредный наклеп возникает, например, когда пластичные и мягкие металлы и сплавы подвергаются механической обработке резанием. Чрезмерно глубокие резы за один проход приводят с большой скоростью могут приводить к возникновению интенсивного наклепа с нежелательным увеличением прочности металла и его охрупчиванию.  Это препятствует дальнейшей механической обработке детали, а может привести и к повреждению режущих инструментов. Другим примером вредного наклепа может служить повторяющееся нагружение детали с превышением предела текучести материала. При таком нагружении материал в критических сечениях может быстро наклепываться, терять свою пластичность и разрушаться. В подобных случаях явление деформационного упрочнения называют наклепом, но никогда не называют нагартовкой.

Когда «наклеп», а когда «нагартовка»?

Учитывая выше изложенное, делаем два «смелых», но естественных вывода.

Наклепом называется любое проявление деформационного упрочнения кристаллических материалов – полезное и вредное, умышленное и неумышленное.

Нагартовкой называется только полезное деформационное упрочнение изделий, которое умышленно применяют к изделиям с целью повышения их прочностных свойств. Иногда, может быть, и не умышленно, но всегда осознанно.

Что такое холодная деформация

Холодной пластической деформацией металлов считают   пластическую деформацию при определенной температуре, после которой в металле возникает наклеп и он сохраняется  неизменным неограниченно длительное время. По-научному это звучит так: температура холодной деформации для достижения эффекта нагартовки (наклепа) металла должна быть ниже температуры его рекристаллизации, то есть температуры, при которой на месте старых,  деформированных и вытянутых, зерен металла начинают возникать и расти новые, недеформированные и округлые зерна. Обычно эта температура составляет половину от абсолютной температуры плавления этого металла или сплава. Однако на практике нагартовка металлов производится при комнатной температуре или при температуре не выше трети температуры плавления.

Что такое горячая деформация

В отличие от холодной деформации горячая деформация металлов и сплавов происходит при температуре, величина которой достаточна для того, чтобы рекристаллизация деформированной структуры металла происходила одновременно с пластическим деформированием. Обычно горячую деформационную обработку (обработку давлением) производят при температуре  выше температуры рекристаллизации металла (обычно от 70 до 90 % абсолютной температуры плавления). После такой горячей обработки получают металл с благоприятной мелкозернистой рекристаллизованной структурой.

Деформируемые алюминиевых сплавов

С металлургической точки зрения все серии деформируемых алюминиевых сплавов разбиваются на две большие группы:

  • деформационно-упрочняемые сплавы
  • сплавы, упрочняемые термической обработки (старением).

Строго говоря, все металлы и сплавы могут деформационно упрочняться. Однако, в области металлургии алюминия, это наименование относится к сплавам только тех серий, которые не могут упрочняться термической обработкой, то есть старением.

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 [4]

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 [3]

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 [3]

Рисунок 8 – Изменение твердости и структуры при отжиге [3]

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 [3]

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 (h3X), чем в «чисто» нагартованном металле (h2X) (рисунок 9.2). Поэтому состояния с частичным (смягчающим) отжигом являются более предпочтительными, когда максимальная способность к формовке является главным фактором, например, при глубокой вытяжке [3].


Рисунок 9.2- Различие нагартованных состояний h24 и h34 [5]

Нагартовка термически упрочняемых сплавов

Для термически упрочняемых сплавов нагартовка может быть дополнением к уровню прочности, которое достигается путем упрочнения за счет выделения упрочняющей фазы при их термической обработке.

В случае полностью полностью упрочненных термической обработкой  сплавов увеличение их прочности путем дополнительно холодной деформации после старения сравнительно невелико, кроме очень высоких степеней нагартовки. Часто эта возможность ограничена низкой способностью. сплавов в этом состоянии к пластической деформации. Основное применение этой технологии относится к некоторым прессованным и холоднотянутым изделиям, таким как проволока, прутки и трубы, которые подвергаются холодному волочению после термической обработки для увеличения прочности и повышения качества поверхности [2].

Влияние температуры нагартовки

Характеристики нагартовки алюминиевых сплавов сильно зависят от температуры. Деформационное упрочнение значительно сильнее происходит при криогенных температурах, чем при комнатной температуре. При повышенных температурах характеристики нагартовки зависят как температуры, так и от скорости деформации. Деформационное упрочнение снижается с повышением температуры обработки до тех пор, пока температура не достигнет величины, выше которой не происходит нагартовки из-за динамического возврата и рекристаллизации. Динамический возврат приводит к формированию зубзеренной структуры, которая аналогична той, которая возникает при нагреве предварительно наклепанного металла. Субзеренная структура также до некоторой степени повышает прочность алюминиевых сплавов [2].

Источники:

1. The welding of aluminium and its alloys / Gene Mathers – Woodhead Publishing Ltd, 2002

2. Designing with Aluminum Alloys / Nack J. Kim – Handbook of Mechanical Alloy Design // ed. E. Totten & others, 2004 – pp. 441-486.

3. Corrosion of Aluminium / Christian Vargel – ELSEVIER, 2004.

4. Aluminium in Commercial Vehicle – European Aluminium Association – 2011

5. Production routes of wrought aluminium alloys / Aluminium technologies – 01.12.2015

6. TALAT 1501

Наклеп и нагартовка — упрочнение металла: особенности и отличия

Задача упрочнения поверхностного слоя металлического изделия является достаточно актуальной во многих случаях, ведь большая часть деталей машин и различных механизмов работает под воздействием значительных механических нагрузок. Решить такую задачу позволяет как наклеп, так и нагартовка, которые, несмотря на свою схожесть, все же имеют определенные различия.

На производстве проблема упрочнения металлических поверхностей решается с помощью специального оборудования

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.

Если формирование наклепа может произойти в результате как осознанных, так и неосознанных действий, то нагартовка всегда выполняется специально и является, по сути, полноценной технологической операцией, цель которой состоит в поверхностном упрочнении металла.

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

Типы наклепа

Различают два основных типа наклепа, которые отличаются процессами, протекающими при его формировании в материале. Если новые фазы в металле, характеризующиеся иным удельным объемом, сформировались в результате протекания фазовых изменений, то такое явление носит название фазового наклепа. Если же изменения, произошедшие в кристаллической решетке металла, произошли из-за воздействия внешних сил, они называются деформационным наклепом.

Деформационный наклеп, в свою очередь, может быть центробежно-шариковым или дробеметным. Для выполнения наклепа первого типа на обрабатываемую поверхность воздействуют шариками, изначально располагающимися во внутренних гнездах специального обода. При вращении обода (что выполняется на максимальном приближении к обрабатываемой поверхности) шарики под воздействием центробежной силы отбрасываются к его периферии и оказывают ударное воздействие на деталь. Формирование наклепа в дробеструйных установках происходит за счет воздействия на обрабатываемую поверхность потока дробинок, перемещающихся по внутренней камере такого оборудования со скоростью до 70 м/с. В качестве таких дробинок, диаметр которых может составлять 0,4–2 мм, для наклепа могут быть использованы чугунные, стальные или керамические шарики.

Схема традиционного деформационного наклепа и график повышения твердости материала

Для того чтобы понимать, почему нагартовка или формирование наклепа приводят к упрочнению металла, следует разобраться в процессах, которые протекают в материале при выполнении таких процедур. При холодной пластической деформации, происходящей под воздействием нагрузки, величина которой превышает предел текучести металла, в его внутренней структуре возникают напряжения. В результате металл будет деформирован и останется в таком состоянии даже после снятия нагрузки. Предел текучести станет выше, и его значение будет соответствовать величине сформировавшихся в материале напряжений. Чтобы деформировать такой металл повторно, необходимо будет приложить уже значительно большее усилие. Таким образом, металл станет прочнее или, как говорят специалисты, перейдет в нагартованное состояние.

При холодной деформации металла, протекающей в результате воздействия соответствующего давления (в процессе, например, наклепа), дислокации, составляющие внутреннюю структуру материала, начинают перемещаться. Даже одна пара движущихся дефектных линий, сформировавшихся в кристаллической решетке, способна привести к образованию все новых и новых подобных локаций, что в итоге и повышает предел текучести материала.

Изменение структуры поверхностного слоя в результате холодной деформации

Внутренняя структура металла при его деформировании в процессе выполнения наклепа или нагартовки претерпевает серьезные изменения. В частности, искажается конфигурация кристаллической решетки, а пространственное положение кристаллов, которые ориентированы беспорядочно, упорядочивается. Такое упорядочивание приводит к тому, что оси кристаллов, в которых они обладают максимальной прочностью, располагаются вдоль направления деформирования. Чем активнее будет выполняться деформирование, тем большее количество кристаллов примут подобное пространственное положение. Существует ошибочное мнение, что зерна, составляющие внутреннюю структуру металла, при его деформации измельчаются. На самом деле они только деформируются, а площадь их поверхности остается неименной.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что в процессе выполнения нагартовки или наклепа изменяется кристаллическая структура стали или другого металла, в результате материал становится более твердым и прочным, но одновременно и более хрупким. Нагартованная сталь, таким образом, представляет собой материал, который специально был подвергнут пластической деформации для улучшения прочностных характеристик.

Нагартовка и оборудование для нее

Выполнение нагартовки изделий из стали особенно актуально в тех случаях, когда имеется необходимость повысить их устойчивость к поверхностному растрескиванию, а также предотвратить протекание в нем усталостных процессов. Отраслями промышленности, в которых нагартованные изделия зарекомендовали себя особенно хорошо, являются авиа- и автомобилестроение, нефтедобыча, нефтепереработка и строительство.

Устройство промышленной дробомётной установки для обработки труб

Такие методы упрочнения металлов, как контролируемый наклеп или нагартовка, могут быть реализованы при помощи различного оборудования, от качества и функциональности которого зависит результат выполняемых операций. Оборудование для нагартовки изделий из стали или других сплавов, которое сегодня представлено большим разнообразием моделей, может быть общего назначения или специального – для того, чтобы выполнять обработку деталей определенного типа (болтов, пружин и др.).

В промышленных масштабах нагартовка выполняется на автоматизированных устройствах, все режимы работы которых устанавливаются и контролируются за счет использования электронных систем. В частности, на таких станках автоматически регулируется как количество, так и скорость подачи дроби, используемой для выполнения обработки.

Дробометная установка для обработки листового и профильного металлопроката

Выполнение наклепа, при котором процесс его формирования контролируется, используется в тех случаях, когда изделие из стали нет возможности упрочнить при помощи термической обработки. Помимо нагартовки и наклепа повысить прочность поверхностного слоя металлического изделия могут и другие методы холодной пластической деформации. Сюда, в частности, относятся волочение, накатка, холодная прокатка, дробеструйная обработка и др.

Кроме стали, содержание углерода в которой не должно превышать 0,25%, такой способ упрочнения необходим изделиям из меди, а также некоторым алюминиевым сплавам. Нагартовке также часто подвергается лента нержавеющая. Ленту нагартованную применяют в тех случаях, когда обычная лента нержавеющая не способна справляться с воспринимаемыми нагрузками.

Нагартованная нержавеющая лента обладает более высокой прочностью с определенной потерей вязкости и пластичности

Наклеп, который сформировался на поверхности металлического изделия в процессе выполнения его обработки различными методами, можно снять, для чего используется специальная термическая обработка. При выполнении такой процедуры металлическое изделие нагревают, что приводит к тому, что атомы его внутренней структуры начинают двигаться активнее. В результате она переходит в более устойчивое состояние.

Выполняя такой процесс, как рекристаллизационный отжиг, следует учитывать степень нагрева металлической детали. Если степень нагрева незначительна, то в структуре металла снимаются микронапряжения второго рода, а его кристаллическая решетка частично искажается. Если интенсивность нагрева увеличить, то начнут формироваться новые зерна, оси которых сориентированы в одном пространственном положении. В результате интенсивного нагрева полностью исчезают деформированные зерна и формируются те, оси которых ориентированы в одном направлении.

Ручная правка наклепом изогнутого вала

Существует также такая технологическая операция, как правка наклепом, при помощи которой металлический вал или лист приводятся в исходное состояние. Чтобы выполнить такую операцию, нацеленную на устранение несоответствий геометрических параметров их требуемым значениям, нет необходимости использовать специальный станок – ее выполняют при помощи обычного молотка и ровной плиты, на которую укладывается обрабатываемое изделие. Нанося таким молотком удары по изделию, форму которого требуется исправить, добиваются формирования на его поверхности наклепанного слоя, что в итоге приведет к достижению требуемого результата.

На видео ниже показан процесс упрочнения методом наклепа колес для железнодорожной техники в дробеметной установке.

Оценка статьи:

Загрузка…

Поделиться с друзьями:

Алюминиевые сплавы для нагартовки | Всё о цветных металлах и сплавах (бронза, медь, латунь и др)

Деформационно упрочняемые сплавы чаще называют «не упрочняемые термической обработкой». Такое «негативисткое» и громоздкое определение звучит весьма неконструктивно, так как ничего не сообщает о таком полезном их свойстве, как способность упрочнения пластической деформацией, по-другому — нагартовкой, и еще по-другому — наклепом. На наш взгляд, определение «деформационно упрочняемые» звучит аналогично определению «термически упрочняемые» и, поэтому, значительно более информационно и оптимистично.

Эти сплавы принадлежат к сериям 1ххх, 3ххх, 5ххх и 8ххх. Строго говоря, все металлы и сплавы способны упрочняться деформацией, но для алюминиевых сплавов этот термин применяется только для тех сплавов, которые не способны упрочняться за счет процессов старения. Эти сплавы получают свое состояние путем последовательных горячих и холодных формообразующих операций (например, прокатка листов) в комбинации с одним или несколькими промежуточными и/или окончательными отжигами.

Природа наклепа и нагартовки

Эффект деформационного упрочнения, которое обычно называют наклепом или нагартовкой, заключается в модификации структуры материала путем пластической деформации. Это происходит при изготовлении полуфабриката в ходе операций прокатки или волочения, а также при операциях формовки заготовок или полуфабрикатов, например, гибке.

См. Отличие наклепа от нагартовки

Деформационное упрочнение сопровождается повышением механической прочности и твердости, а также снижением пластичности, то есть снижением способности материала к деформированию. Чем больше степень деформирования или скорость деформационного упрочнения, тем больше проявляется этот эффект.

Уровень механических свойств, который может достигаться деформационным упрочнением зависит от химического состава сплава. Например, сплав 5083 (АМг4,5), который содержит от 4,0 до 4,9 % магния, приобретает бОльшую твердость, но и более ограниченную способность к деформации, чем сплав 5754(аналог АМг3), у которого магния только от 2,6 до 3,6 %.

Однако постепенное повышение прочности всегда достигает предела, выше которого дальнейшее деформирование становиться трудным или даже невозможным. Поэтому, если деформационная обработка сплава должна быть продолжена, то метал необходимо «умягчить» термической обработкой – отжигом.

Технологический смягчающий отжиг алюминия

Способность обрабатываемого металла к дальнейшему деформированию может быть восстановлена видом термической обработки, который называется «отжиг».

В ходе этого процесса, который выполняется при температуре выше 300 ºС, твердость и прочность металла снижаются понемногу – происходит восстановительный отжиг. Затем прочностные характеристики падают более резко – происходит процесс рекристаллизации — и, наконец, они достигают минимальных величин, соответствующих механическим свойствам отожженного металла.

Эти процессы восстановительного и рекристаллизационого отжига сопровождаются модифицированием текстуры и размера зерен металла. В ходе рекристаллизации происходит реорганизация сплава к новой зеренной структуре.

Стоит отметить, что для одной и той же прочности на растяжение пластичность выше в металле после восстановительного отжига (Н2Х), чем в просто нагартованном металле (Н1Х). Состояние металла после восстановительного отжига будет, поэтому, более предпочтительным, если требуется максимальная способность материала к пластическому деформированию.

Параметры восстановительного отжига для сплавов 5ххх: температура от 240 до 280 ºС при выдержке от 1 до 4 часов, рекристаллизационного – от 330 до 380 ºС при выдержке от 0,5 до 2 часов.

Для того, чтобы отожженный металл имел хорошую способность к пластическому деформированию, он не должен иметь грубую зеренную структуру. Этот проявляется в виде так называемой «апельсиновой корки».

Отжиг алюминия на мелкое зерно

Есть несколько условий для получения отожженного металла с мелким зерном.

1) Металл должен получить достаточную степень нагартовки, соответствующую относительному сужению поперечного сечения не менее, чем на 15 %. Если это требование не выполняется, то металл должен подвергаться только восстановительному отжигу (необходимо избежать рекристаллизационного отжига).
2) Подъем температуры должен быть быстрым, от 20 до 60 ºС в час.
3) Необходимо избегать чрезмерно высоких температур, выше 350 – 400 ºС, и длительностей выдержки при них, то есть, не более 2 часов.

Нагартованные состояния

Деформационно упрочняемые сплавы имеют три основных состояния (таблица ниже), как это определено в европейском стандарте EN 515.

Классические нагартованные состояния (Н-состояния) обозначаются двумя цифрами:

  • первая обозначает основное состояние;
  • вторая указывает на степень нагартовки.

Некоторые состояния обозначаются тремя цифрами, например, Н111 и Н116. Все эти состояния означают минимальные механические свойства, установленные стандартами ЕN.Основные алюминиевые сплавы серии 5ххх — деформационно упрочняемые — и большинство их состояний, которые применяются в морском судостроении и морской инфраструктуре, представлены здесь.

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

Похожее

Нагартовка – как без нагрева заставить металл быть крепче? + видео

Безусловно, упрочнение металлов весьма важно, ведь большинство узлов машин и механизмов работают в неблагоприятных условиях, способствующих возникновению разных дефектов, и одним из способов добиться износоустойчивости является нагартовка стали.

1 Явление наклепа и нагартовки – зачем оно нужно?

Наклеп является одним из видов упрочнения металлов и их сплавов путем пластической деформации, проходящей при температуре, которая ниже температуры рекристаллизации. Осуществляется этот процесс через изменение структуры материала и фазового состава. Явление наклепа сопровождается дефектами кристаллической решетки, выходящими на поверхность образца. В результате увеличиваются твердость и прочность, но при этом снижаются такие характеристики, как ударная вязкость, пластичность и сопротивляемость материала деформации противоположного знака, также снижается и его устойчивость к коррозии.

На фото - явление наклепа, grossfater-m.livejournal.com

У ферромагнитных же металлов, например у железа, возрастает коэрцитивная сила, а магнитная проницаемость, напротив, становится меньше. Остаточная индукция при небольших степенях деформации падает, но если этот параметр увеличить, то она резко возрастет. Кроме того, более пластичные материалы создают большее трение, наклеп деформируемого металла упрочняет его и, соответственно, данный показатель становится ниже.

Фото наклепа металла, forum.guns.ru

Что же насчет нагартовки, так она, по сути, является тем же наклепом. Просто последний может быть полезным либо вредным (неумышленным). Например, в результате резанья происходит интенсивный наклеп, металл упрочняется и становится более хрупким, хотя мы не хотели такого результата. В общем, все произошло само собой, без нашего желания и потребности. А вот нагартовка – это осознанное упрочнение, когда хотят добиться такого эффекта.

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.

На фото - дробеструйное упрочнение металла, spmet.ru

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.

Фото кристаллической решетки при деформации металла, conatem.ru

Таким образом, наклеп металла представляет собой физический процесс, в результате которого изменяется кристаллическая структура материала, и металл становится более прочным, твердым, но в то же время и хрупким.

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 %.

На фото - нагартовка металла, cnc-club.uralkomplect.ru

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).

Фото снятия наклепа, lynx-tassi.livejournal.com

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.

Холоднодеформированное состояние алюминия по ANSI, EN и ГОСТ

Клевета или холодная деформация — естественное следствие расширения производства алюминия и его сплавов. Иногда его еще называют деформационным упрочнением. Закалка увеличивает прочность сплава, что достигается в результате легирования и упрочняющей термообработки. Для термически упрочняемых сплавов деформационное упрочнение может также увеличить скорость выделения упрочняющей фазы.

Степень наклепа

Упрочнение применяется для улучшения прочностных свойств алюминия и алюминиевых сплавов, не упрочняемых термической обработкой.Иногда эти сплавы — в основном сплавы серий 3ххх и 5ххх — упоминаются положительно: деформация арматуры. Основными «рычагами» для того или иного состояния холодной обработки являются степень автофреттажа — величина пластической деформации и холодного отжига, полный или частичный — нагрев до температуры 350-400 ° С с продолжительностью, обычно достаточной для полного разогревать.

Полный и частичный отжиг

Полный отжиг применяется для полного удаления упрочненного материала и приведения материала в состояние с минимальными и максимальными прочностными характеристиками пластических свойств.Частичный отжиг выполняется для частичного снижения прочностных свойств и повышения для приведения пластического материала в готовом изделии в заданное состояние.

Символ указывает на алюминиевые сплавы

Для обозначения всех состояний алюминия и алюминиевых сплавов (а не только холоднодеформированных) во всем мире широко используются американские обозначения, разработанные во времена Американской алюминиевой ассоциации.

  • Начальные состояния системы обозначений деформируемых алюминиевых сплавов описаны в американском стандарте ANSI h45.1.
  • Эта система практически «как есть», принятая международным стандартом ISO 2107 и европейским стандартом EN 515.
  • В российском стандарте
  • (ГОСТ) пока что используется собственная система обозначений государств, которая существенно отличается от международной.

Состояние материала в горячем прессованном состоянии без дополнительных обработок — термических или деформационных — обозначено стандартами EN и ISO буквой F и никаких цифр для этого не следует. В этом состоянии национальные стандарты без обозначения.

Государственный полностью отожженный материал обозначен буквой «О» (не нулем) по международной классификации состояний алюминия и алюминиевых сплавов или «М» — по отечественным государственным стандартам. Буква D с дополнительным номером относится к отжигу с определенными условиями.

Все обозначения состояния холодной обработки начинаются с буквы «H». Сзади может идти от 1 до 3 цифр.

только холодная деформация — серия h2

Чистое холоднодеформированное состояние без дополнительных обработок из серии h2.Полностью холоднодеформированное состояние материала, обозначенного h28, называют состоянием, полученным при холодной деформации, эквивалентное относительному обжатию при прокатке 0,75. Относительное уменьшение — это отношение разницы начальной и конечной толщины листа к исходной толщине листа. относительная вытяжка 0,75 будет достигнута, например, при начальной толщине 10 мм и конечной толщине 2,5 мм: (10 — 2,5) / 10 = 0,75. h29 представляет собой состояние изделия с еще большей степенью наклепа, чем в состоянии h28.это применяется, например, для ленты толщиной 0,30 мм из алюминиевого сплава 3104 для корпусных пивных банок. состояния h26, h24 и h22 получаются с меньшей величиной холодной деформации и представляют собой, соответственно, тричетвертинагартованное , полунагартованное и четвертнагартованное состояний.

Алюминиевые стойки h211 и h212

При указании требований к механическим свойствам алюминия и алюминиевых сплавов часто используют государственные обозначения N111 и N112 одной серии h2.Состояние N111 отличается от отожженного примерно лишь небольшой степенью наклепа, которое можно было получить при правке или других технологических операциях. Состояние N112 отличается от состояния F лишь небольшой степенью наклепа (при горячей или холодной обработке), а также обязательным контролем механических свойств.

Холодная деформация и отжиг — серия h3

Серия

h3 относится к материалам, которые подверглись холодной обработке в большей степени, чем следовало бы придать прочностным свойствам, а затем уменьшить эту «дополнительную» прочность, полученную путем частичного отжига.С увеличением степени автофреттажа вторая цифра увеличивается с 2 на 8, как и в чистом холоднодеформированном состоянии: h32, h34, N26 и N28.

На рисунке схематично показана серия деформационно упрочненных состояний h2 и h3 при различной степени деформационного упрочнения и различной продолжительности отжига при постоянной температуре. Есть аналогичные графики в зависимости от температуры отжига. В состояниях с одинаковой второй цифрой предела прочности — то же самое, предел текучести в состояниях с частичным отжигом ниже, чем в чисто нагретом состоянии.График повышения прочности от степени холодной деформации выпуклый вверх. Это отражает тот факт, что первая ступень холодной деформации дает максимальный прирост прочности.

nagartovka-alyuminiya

серия х4 — сплавы алюминий-магний

Серия х4 — состояние с деформационным упрочнением и стабилизирующей обработкой: N32, N34, h46 и N38. Этот ряд условий применяется только к алюминиево-магниевым сплавам — сплавам серии 5ххх. Дело в том, что эти сплавы какое-то время в холоднодеформированном состоянии могут потерять, упрочнив достигнутые прочностные свойства, из-за механизма естественного старения.поэтому, если важны прочностные свойства стабильности, их часто нагревают до умеренных температур, например 220 ° C, для завершения процесса старения, таким образом несколько снижая прочность, но повышая гибкость и, тем самым, обеспечивая последующую механическую стабильность. и эксплуатационные свойства.

Холодная деформация и лакировка — серия h5

Серия

h5 предназначена для закаленных изделий с дополнительной лакированной поверхностью. Например, при изготовлении крышек пивных банок применяется лента толщиной 0,26 мм из алюминиевого сплава 5182 в состоянии х58 — полностью закаленная и лакированная.

Постоянные алюминиевые сплавы по стандартам CCITT

В старых, более «советских», но успешно действующих ГОСТах применяются их обозначения в холоднодеформированном состоянии. В ГОСТ 18475-82 на холодную трубу, ГОСТ 7871-75 на сварочную проволоку и ГОСТ 21631-76 на листы материала предусмотрены следующие состояния:

  • холоднодеформированные (n) и
  • полунагартованный (П).

В ГОСТ 24767-81 на холодный профиль предусмотрено

  • полунагартованное государственное обозначение ½Н.

Относительно «свежий» ГОСТ 13726-97 на ленте до состояния М и Н уже включает дополнительные состояния материала:

  • четвертнагартованный (h2),
  • полунагартованный (N2) и
  • тричетвертинагартованный (N3).

обозначения h2, h3 и h4 здесь имеют другое значение, чем стандарты ANSI, EN и ISO.

ГОСТ 18475-82, но это включает два состояния материала, включая деформационное упрочнение для термоупрочненных сплавов, и AD31 1955:

  • холоднодеформированные после закалки и искусственного старения (TH) и
  • , прошедший холодную обработку после закалки и естественное старение (Th2).

Это аналоги международных символов состояний Т8 и Т3, которые относятся к состояниям термически упрочняемых алюминиевых сплавов.

.

Холодная обработка алюминиевых сплавов — Belmont Metals

При рассмотрении работы и производства с металлами, особенно с алюминием, первые мысли сосредотачиваются на процессе нагрева в горячих печах, где металл нагревается до чрезвычайно высоких температур, а затем обрабатывается или отливается в форму. .

Однако есть другой тип процесса упрочнения металла, который включает добавление других сплавов к чистому алюминию, а затем обработку металла без использования тепла. Этот метод называется холодной обработкой.

Как выполняется холодная обработка?

Холодная обработка проводится для создания вакансий и дислокаций в структуре алюминия и легирующего элемента. Эти деформации вызывают постоянные дефекты кристаллического состава материала, препятствуя движению атомов. Когда атомы не могут двигаться, прочность сплава фактически увеличивается, поскольку он устойчив к дальнейшей деформации. Хотя алюминий увеличивается в прочности и твердости, он теряет некоторую пластичность.

Холодная штамповка выполняется несколькими различными методами ковки и прокатки. Эти методы могут включать сжатие, гибку, резку и вытяжку алюминиевого сплава. Одним из наиболее распространенных способов упрочнения алюминия является холодная прокатка, поскольку металл уменьшается в толщине, проходя через ролики при сжатии. Второй метод называется рисованием. На чертеже алюминиевый сплав протягивается через небольшую матрицу до тех пор, пока его диаметр не уменьшится. Третий метод включает гибку, поскольку геометрия алюминия изменяется за счет деформации сплава по рабочей оси.Таким образом, алюминиевый сплав становится упрочненным без изменения объема металла, поскольку вместо этого изменяется форма алюминия.

Легирующие элементы, добавленные для холодной обработки

Марганец, кремний и магний — три легирующих элемента, которые будут добавлены в алюминий для создания прочного металла, обладающего хорошей обрабатываемостью, свариваемостью и коррозионной стойкостью. Кроме того, добавление определенных элементов, таких как кремний, во время процесса холодной обработки, позволяет алюминию стать прочным, не становясь хрупким.

Подобно термообрабатываемым алюминиевым сплавам, холоднообрабатываемые алюминиевые сплавы будут помещены в определенные серии обозначений в зависимости от типа добавленного легирующего элемента и характеристик металла. Три серии: 3ххх, 4ххх и 5ххх.

3xxx series: Марганец — это легирующий элемент, который помещается в алюминий, иногда также добавляются небольшие части магния. Полученный алюминиевый сплав будет иметь умеренную прочность, поскольку он будет использоваться в приложениях общего назначения, таких как банки для напитков, теплообменники, архитектурные элементы и кухонная утварь.

4xxx series: Кремний добавляется к алюминию, поскольку он снижает температуру плавления алюминия. Легирующий металл обеспечивает фантастическую свариваемость без хрупкости. Алюминиевые сплавы этой серии используются в качестве припоев, сварочной проволоки и в автомобильной промышленности.

5xxx series: Магний является наиболее распространенным элементом, добавляемым в алюминий для получения высокопрочного и устойчивого к коррозии металлического сплава. Этот элемент широко используется в обрабатывающей промышленности благодаря своей универсальности.Алюминиевый сплав серии 5xxx может использоваться в морских приложениях, строительных проектах, зданиях и резервуарах для хранения.

Постоянно добавляются новые составы и обозначения алюминиевых сплавов, чтобы предоставить производителям ряд возможностей при использовании алюминиевых сплавов для создания продуктов. Поскольку каждый алюминиевый сплав имеет свои уникальные преимущества и характеристики, всегда рекомендуется поговорить с производителем сплава, который предоставит дополнительную техническую информацию, которая позволит вам принять правильное решение при покупке алюминия и легирующих металлов.

Тогда вы сможете выбрать подходящие металлы для ваших производственных операций.

Компания Belmont Metals предлагает широкий выбор лигатур, включая алюминий, которые нужны производителям в различных отраслях промышленности.

.

Механизмы упрочнения алюминия — Промышленные металлурги

Аннотация: В этой статье обсуждаются различные семейства алюминиевых сплавов и различные методы упрочнения алюминия. Это включает обсуждение холодной обработки, упрочнения твердого раствора, дисперсионного упрочнения и дисперсионного упрочнения. Эта статья представляет собой сокращенную версию нашего курса по запросу Алюминиевая металлургия .

Алюминий — второй по употреблению металл после стали.Общие технические применения алюминия включают аэрокосмическую промышленность, автомобилестроение, строительство, а также банки из-под газировки и пива. Алюминий обладает некоторыми уникальными свойствами: он очень легкий по сравнению со сталью, имеет очень хорошую электрическую и теплопроводность и не ржавеет, как сталь, если оставить его на воздухе. Однако чистый алюминий мягкий. Итак, усиление алюминия требуется для того, чтобы использовать его для инженерных сооружений.

В этой статье рассказывается о различных семействах алюминиевых сплавов и металлургических механизмах упрочнения алюминиевых сплавов.

См. Курсы и вебинары по металлургии
Нужна помощь с вашим продуктом?

Семейства алюминиевых сплавов

Существует несколько семейств деформируемых алюминиевых сплавов. Каждое семейство основано на определенных основных легирующих элементах, добавленных в алюминий. Эти легирующие элементы имеют большое влияние на свойства. Различные семейства сплавов и основные легирующие элементы:

  • 1xxx: без легирующих элементов
  • 2xxx: Медь
  • 3xxx: Марганец
  • 4xxx: Кремний
  • 5xxx: Магний
  • 6xxx: Магний и кремний
  • 7xxx: Цинк, магний и медь

Первая цифра в обозначении сплава указывает на конкретное семейство сплава.В каждом семействе существуют различные сплавы в зависимости от количества присутствующих основных легирующих элементов, а также типов и количества добавленных второстепенных легирующих элементов. Символы XXX используются для обозначения различных сплавов в каждом семействе.

Прочность алюминиевых сплавов можно изменять с помощью различных комбинаций холодной обработки, легирования и термообработки. Все сплавы можно упрочнить с помощью процессов холодной обработки, таких как холодная прокатка или волочение проволоки. За исключением сплавов 1xxx, дополнительную прочность можно получить за счет упрочнения твердого раствора, дисперсионного упрочнения и дисперсионного упрочнения.Конкретные возможные механизмы упрочнения зависят от сплава.

В этой таблице показаны максимальные номинальные значения текучести и предела прочности на растяжение для различных семейств сплавов, а также методы увеличения прочности. Возможен широкий диапазон прочности алюминиевых сплавов. Возможные значения предела текучести и предела прочности на разрыв для различных семейств сплавов зависят от имеющихся механизмов упрочнения.

90 045
Серия сплавов Способы повышения прочности Предел текучести, тыс. Фунтов на кв. Дюйм (МПа) Предел прочности при растяжении, тыс. Фунтов / кв. Дюйм (МПа)
1xxx Холодная обработка 4-24 (30-165) 10-27 (70-185)
2xxx Холодная обработка, осадки 11-64 (75-440) 27-70 (185-485)
3xxx Холодная обработка, твердый раствор, дисперсия 6-36 (40-250) 16-41 (110-285)
4xxx Холодная обработка, диспергирование 46 (315 ) 55 (380)
5xxx Холодная обработка, твердый раствор 6-59 (40-405) 18-63 (125-435)
6xxx Холодная обработка, осаждение 7-55 (50-380) 13-58 (90-400)
7xxx Холодная обработка, осаждение 15-78 (105-540) 33-88 (230-605)
Холодная обработка

Холодная обработка включает уменьшение толщины материала .Листы и листы различной толщины производятся методом холодной прокатки. Проволока и трубки разного диаметра и толщины стенки изготавливаются методом волочения. Все алюминиевые сплавы можно упрочнить холодной обработкой.

Во время холодной обработки прочность металла увеличивается из-за увеличения количества дислокаций в металле по сравнению с его состоянием перед холодной обработкой. Дислокации — это дефекты в расположении атомов в металле (обсуждаются в Принципах металлургии).

Увеличение количества дислокаций из-за холодной обработки приводит к увеличению прочности.Чистый алюминий при комнатной температуре имеет предел текучести 4 ksi (30 МПа). В полностью холоднодеформированном состоянии предел текучести может достигать 24 тысяч фунтов на квадратный дюйм (165 МПа).

Упрочнение твердого раствора

Некоторые легирующие элементы, добавленные в алюминий, смешиваются с атомами алюминия, что приводит к повышению прочности металла. Эта смесь называется твердым раствором, потому что легирующие атомы смешаны с атомами алюминия. Это подробно обсуждается в Принципах металлургии и алюминиевой металлургии.Степень упрочнения зависит от типа и количества легирующих элементов. Марганец и магний — примеры элементов, добавленных к алюминию с целью упрочнения. Упрочнение твердого раствора происходит в сплавах 3ххх и 5ххх за счет добавления к алюминию марганца (3ххх) и магния (5ххх).

Нужна помощь с анализом отказов?

Осадочное упрочнение

Al2Cu выделяется в алюминиевой матрице.
© DoITPoMS Библиотека микрофотографий, Univ.of Cambridge

При дисперсионном упрочнении внутри металла образуются частицы диаметром менее 0,001 мм. Эти частицы называются осадками и состоят из соединений алюминия и легирующих элементов или соединений легирующих элементов. На этом рисунке показаны выделения Al-Cu в сплаве Al-Cu.

Осадки образуются в результате серии процессов термической обработки. Этап процесса, во время которого образуются осадки, называется старением.

Осадочное упрочнение может повысить предел текучести алюминия примерно от пяти до пятнадцати раз по сравнению с пределом текучести нелегированного алюминия.Прочность зависит от конкретного сплава и температуры термообработки старением.

Дисперсионное упрочнение возможно только для некоторых сплавов. Сплавы 2xxx, 6xxx и 7xxx могут быть усилены осаждением за счет образования выделений Al-Cu (2xxx), Mg-Si (6xxx) и Al-Zn-Mg- (Cu) (7xxx). Сплавы 1ххх, 3ххх, 4ххх и 5ххх не подлежат дисперсионному упрочнению.

Упрочнение дисперсии

Частицы дисперсоида образуются в процессе литья алюминия, когда марганец в сплавах серии 3ххх вступает в реакцию с алюминием, железом и кремнием.Эти частицы имеют диаметр менее 0,001 мм. Частицы дисперсоидов влияют на зернистую структуру, которая образуется во время термообработки, так что прочность увеличивается по сравнению со сплавом без дисперсоидов. Полностью отожженный алюминий 1100 имеет предел прочности на разрыв 13 тысяч фунтов на квадратный дюйм и предел текучести 5 тысяч фунтов на квадратный дюйм. Полностью отожженный 3003 имеет минимальный предел прочности на разрыв 16 тысяч фунтов на квадратный дюйм и минимальный предел текучести 6 тысяч фунтов на квадратный дюйм. Это увеличение прочности связано с зеренной структурой, образованной в результате присутствия дисперсоидов.

Аддитивное упрочнение

Наконец, обсуждаемые здесь методы упрочнения алюминия часто комбинируются для получения сплавов с еще более высокой прочностью. Сплавы, упрочненные твердым раствором, часто подвергаются холодной обработке, а дисперсионное упрочнение иногда сочетается с холодной обработкой перед стадией старения.

.

холодная обработка — определение — английский

Примеры предложений с «холодной обработкой», память переводов

патент-wipoМетод производства холоднодеформированных центробежно-литых композитных трубных изделийEurLex-2Машинный инструмент для обработки камня, керамики, бетона, асбестоцемента или подобных минералов материалы или для холодной обработки стеклапатенты-wipoПроцесс изготовления медной проволоки, включая экстракцию растворителем, электроосаждение и холодную обработкуEurLex-2машины для обработки камня, керамики, бетона, асбестоцемента или подобных минеральных материалов или для холодной обработки стеклапатенты-wipoМетод для образования смазочной пленки для холодной обработкиEurLex-2Machine tools для обработки камня, керамики, бетона или подобных минеральных материалов или для холодной обработки стеклаpatents-wipo Холодная обработка обеспечивается валками и / или штампами.oj4CPA #. #. #: Станки для обработки камня, керамики, бетона или аналогичных минеральных материалов или для холодной обработки стекла. Микроструктура холоднодеформированных образцов исследована методом рентгеновского анализа. patents-wipo Изобретение относится к инструментам для холодной обработки стали. eurlexMachine -инструменты для обработки камня, керамики, бетона или аналогичных минеральных материалов или для холодной обработки стекла. Патенты-wipo Холодно-деформированные стали с пакетно-реечной микроструктурой мартенсита / аустенита.Патенты-wipo Также представлен метод использования пассивно-адаптивного индентора для холодной обработки материала. patents-wipoПо крайней мере, одна из первой и второй холодной обработки может быть однонаправленной. eurlexМашины для обработки камня, керамики, бетона, асбестоцемента или аналогичные минеральные материалы, или для холодной обработки стекла. патент-wipoМетод производства металлических изделий, таких как лист, путем холодной обработки и оплавления. , керамика, бетон, асбестоцемент или аналогичные минеральные материалы или для холодной обработки стекла | | | патент-wipoХолодная обработка Steelpatents-wipoПосле заключительного этапа холодной обработки композитная нить принимает желаемую форму и подвергается старению.Патенты-wipo После этого сплав снова подвергается механической холодной деформации для пластической деформации от 4% до 12%.

Показаны страницы 1. Найдено 1209 предложения с фразой холодная обработка.Найдено за 54 мс.Накопители переводов создаются человеком, но выравниваются с помощью компьютера, что может вызвать ошибки. Найдено за 0 мс.Накопители переводов создаются человеком, но выравниваются с помощью компьютера, что может вызвать ошибки. Они поступают из многих источников и не проверяются. Имейте в виду.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.