Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Наклёп и деформационное упрочнение (нагартовка) — это рост прочностных характеристик металла при холодной пластической деформации с одновременным падением пластичности. Явление вызвано накоплением и взаимодействием дислокаций в кристаллической решётке: их плотность за время деформации может увеличиться на несколько порядков, что и затрудняет дальнейший сдвиг. Наклёп — это и инструмент целенаправленного упрочнения тонколистового проката, проволоки, лент и пружин, и нежелательное явление при обработке резанием, гибке и формовке, требующее снятия отжигом.
Ниже разобраны природа наклёпа, изменения механических и физических свойств, состояния поставки нагартованного проката, рекристаллизационный отжиг и его температуры, а также типовые области, где наклёп применяют сознательно, и где он мешает.
Наклёп (синонимы — деформационное упрочнение, нагартовка) — это совокупность изменений механических и физических свойств металла при холодной пластической деформации. Внешне явление проявляется как рост сопротивления дальнейшей деформации: чтобы продолжить пластическое течение, к образцу нужно прикладывать всё большее напряжение.
Микромеханизм наклёпа — поведение дислокаций. В отожжённом металле их плотность относительно невелика — порядка 10⁶–10⁸ см⁻². При холодной деформации новые дислокации зарождаются на источниках Франка — Рида, движутся по плоскостям скольжения, взаимодействуют между собой, образуют сплетения и ячеистую субструктуру. После сильной холодной деформации плотность дислокаций возрастает до 10¹¹–10¹² см⁻². Чем плотнее «сеть» дислокаций, тем труднее им двигаться — отсюда рост предела текучести и предела прочности.
Параллельно формируются:
Наклёп — это «структурный счёт-фактура» за приобретённую прочность: металл стал прочнее, но и менее пластичен, и менее устойчив термодинамически. При нагреве он стремится «вернуть» энергию через возврат и рекристаллизацию.
Граница между холодной и горячей деформацией определяется не «комнатной температурой», а соотношением температуры деформации и температуры рекристаллизации металла.
Температура начала рекристаллизации Tр для технически чистых металлов оценивается по правилу А. А. Бочвара:
Tр ≈ a · Tпл, где Tпл — абсолютная температура плавления, K; a — коэффициент, для технически чистых металлов обычно 0,3–0,4; для твёрдых растворов и сплавов — 0,5–0,6; для сплавов с интерметаллидами и тугоплавкими дисперсными фазами — до 0,7–0,8. Температура плавления берётся для основного компонента или сплава в целом.
Tпл
a
0,3–0,4
0,5–0,6
0,7–0,8
Поэтому для свинца, олова и цинка «холодная» деформация при комнатной температуре фактически уже идёт выше температуры рекристаллизации — наклёп для них в обычных условиях практически не накапливается. Для меди, алюминия, никеля, железа и сталей при комнатной температуре деформация — однозначно холодная.
Наклёп изменяет все основные характеристики прочности и пластичности в чётком и предсказуемом направлении.
Эффект Баушингера — характерная особенность наклёпанного материала: после деформации в одном направлении сопротивление пластическому деформированию в обратном направлении оказывается ниже исходного. Это важно учитывать при многократной знакопеременной формовке и в расчётах малоцикловой усталости.
Помимо механики, холодная деформация заметно меняет ряд физических характеристик металла:
Тонколистовой прокат, ленту, полосу, проволоку и трубы из деформируемых сплавов поставляют в нескольких состояниях, различающихся степенью предварительного наклёпа после последнего отжига и финишной холодной прокатки или волочения. Терминология и обозначения нормируются стандартами на конкретный вид и материал металлопродукции.
Для латунной и медной ленты и листа (ГОСТ 2208, ГОСТ 931 и др.) типовые состояния:
Обозначения состояний поставки нормируются стандартом на конкретный вид металлопродукции и для разных материалов различаются. Например, для холоднокатаной ленты из коррозионно-стойкой и жаростойкой стали по ГОСТ 4986 применяются обозначения: мягкая (М), полунагартованная (ПН), нагартованная (Н), высоконагартованная (ВН). Для проволоки выделяют категории по степени нагартовки и нормируемому временному сопротивлению (обозначения зависят от стандарта на конкретный сортамент — например, классы прочности по ГОСТ 9389 для углеродистой пружинной проволоки). Для алюминиевых сплавов применяют принятую международно систему обозначений состояний типа H1x, H2x, H3x (наклёпанные, наклёпанные с частичным отжигом, наклёпанные со стабилизацией) — в отечественных стандартах введены эквивалентные обозначения.
Конкретные значения временного сопротивления, твёрдости и относительного удлинения для каждого состояния приведены в соответствующем стандарте на металлопродукцию (например, ГОСТ 2208 и ГОСТ 931 — латунные ленты и листы; ГОСТ 4986 — холоднокатаная лента из коррозионно-стойкой и жаростойкой стали с состояниями М/ПН/Н/ВН; ГОСТ 19904 и ГОСТ 16523 — листовой холоднокатаный прокат из углеродистой стали; ГОСТ 9389 — пружинная стальная проволока). Произвольно «назначать» состояние без сверки со стандартом нельзя.
Наклёпанный металл термодинамически неустойчив: избыточная энергия дислокационных скоплений стремится высвободиться. При нагреве протекают три последовательных процесса.
Различают первичную рекристаллизацию (образование и рост новых зёрен на месте деформированных), собирательную (постепенный рост одних зёрен за счёт поглощения других после завершения первичной) и вторичную (аномальный, быстрый рост отдельных зёрен, нежелательный — приводит к разнозернистости и снижению вязкости).
Рекристаллизационный отжиг — нагрев наклёпанного металла на 100–200 °С выше температуры начала рекристаллизации с выдержкой и последующим охлаждением. Цель — полностью снять наклёп: восстановить пластичность, понизить твёрдость, сформировать равноосную мелкозернистую структуру.
Указанные диапазоны — ориентир по чистому материалу или типовой группе сплавов; для конкретной марки температуру, время выдержки и среду назначают по технологической инструкции или нормативной документации. Перегрев приводит к собирательной рекристаллизации и нежелательному укрупнению зерна.
Помимо полного рекристаллизационного, применяют:
Скорость охлаждения после рекристаллизационного отжига цветных металлов и сплавов критична для стабильности размеров и предотвращения остаточных напряжений; для отдельных алюминиевых сплавов прямо нормируется (например, медленное охлаждение до определённой температуры с ограниченной скоростью).
Главный вклад поверхностного наклёпа в долговечность — не сам прирост твёрдости, а сжимающие остаточные напряжения, препятствующие зарождению и развитию усталостных трещин в поверхностном слое.
Наклёп — это упрочнение металла при холодной пластической деформации. По мере того как материал гнут, прокатывают, волочат или ударяют, его прочность и твёрдость растут, а пластичность падает. Причина — стремительное накопление и взаимная блокировка дислокаций в кристаллической решётке. Синонимы — деформационное упрочнение и нагартовка.
Граница — температура рекристаллизации металла (приблизительно 0,4 от температуры плавления в кельвинах для технически чистых металлов, 0,5–0,6 — для сплавов). Деформация ниже этой температуры сопровождается накоплением наклёпа, выше — разупрочнение успевает идти параллельно с упрочнением и стабильного наклёпа не остаётся. Поэтому, например, прокатка стали при 1100 °С — горячая, при комнатной температуре — холодная.
Предел текучести и предел прочности возрастают, твёрдость увеличивается, относительное удлинение и ударная вязкость снижаются. Чем глубже степень холодной деформации, тем заметнее эффект. На определённой степени деформации пластичность исчерпывается, и материал начинает разрушаться без видимого «текущего» удлинения.
Рекристаллизационным отжигом — нагревом выше температуры рекристаллизации с выдержкой и охлаждением. При этом в наклёпанной матрице зарождаются и растут новые свободные от дислокаций равноосные зёрна, и материал возвращается к исходным механическим характеристикам. Для частичного снятия применяют отжиг возврата при более низких температурах — он снимает внутренние напряжения, не убирая упрочнение полностью.
Это степени холодной деформации, в которых металлопрокат поставляется потребителю. Мягкое состояние (М) — после полного отжига, максимально пластичное; полутвёрдое (П) — после промежуточной холодной прокатки без финишного отжига; твёрдое (Т, нагартованное) — после большой степени холодной прокатки, с высокими прочностными характеристиками. Для каждого состояния стандарт на конкретную марку и сортамент задаёт нормы временного сопротивления, удлинения и твёрдости.
Для углеродистых сталей типичный диапазон полного рекристаллизационного отжига составляет 650–710 °С. Точное значение зависит от марки, степени наклёпа и требуемой структуры; для конкретного материала температура и время выдержки назначаются технологической инструкцией. Для меди диапазон 500–700 °С, для латуней и бронз 600–700 °С, для алюминиевых сплавов 350–430 °С.
Поверхностное упрочнение (дробью, обкаткой роликами, ультразвуком, лазером) создаёт в поверхностном слое не только повышенную твёрдость, но и сжимающие остаточные напряжения. Они препятствуют раскрытию усталостных трещин на стадии зарождения и продвижения, существенно повышая ресурс деталей, работающих на знакопеременных нагрузках (валы, оси, шестерни, рессоры, лопатки турбин).
Это явление называется коррозией под напряжением (или «сезонным растрескиванием» латуни). Высокие остаточные напряжения после нагартовки в сочетании с агрессивной атмосферой (аммиак, сероводород, влажный воздух) приводят к самопроизвольному образованию продольных и поперечных трещин. Профилактика — низкотемпературный отжиг для снятия напряжений при 200–300 °С перед длительным хранением или эксплуатацией в потенциально агрессивной среде.
В зоне термического влияния сварного шва наклёпанный основной металл частично или полностью разупрочняется за счёт возврата и рекристаллизации. В сварных конструкциях из нагартованных сталей это нужно учитывать: расчётные характеристики основного металла в этой зоне снижаются, и опасное сечение часто оказывается именно в околошовной полосе.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.