Для того, чтобы увеличить прочность и твердость материалов, их подвергают тепловой обработке: нагревают и выдерживают в термопечи и охлаждают. Но этот метод не всегда подходит. В частности,его не используют для таких металлов, как медь и алюминий.
Тогда применяют нагартовку – технологическую обработку, которая включает изменение формы изделия посредством холодной пластической деформации. При этом твердость и прочность материала увеличивается, но падает пластичность – способность деформироваться без разрушения. Для некоторых сплавов нагартовка является единственно возможным способом увеличения прочности. К таким сплавам, например, относятся стойкие к коррозии сплавы хрома и никеля.
Все металлы состоят из мельчайших частиц, нормально занимающих строго определенное положение по отношению друг к другу, т. е. имеющих в нормальном состоянии строго определенное внутреннее строение; между собой частицы связаны силами внутреннего сцепления; при сильном остукивании молотком какого-либо места пластинки происходит внутреннее смещение частиц на этом участке, т. е. искажается внутреннее строение; при этом внутренняя связь между частицами становится напряженной; такое состояние называется состоянием наклепа.
После остукивания пластинки этот участок находится в состоянии наклепа или, как принято говорить, получил наклеп, в результате чего твердость его увеличилась, а пластичность снизилась или, как говорят, материал на этом участке упрочнился.
При очень сильном наклепе искажение внутреннего строения металла может оказаться столь значительным, что нарушится внутренняя связь между частицами металла, в нем появятся мельчайшие трещинки, и он окажется негодным к применению. Именно поэтому операции холодной правки, осаживания, расклепывания металла должны производиться осторожными и умеренными по силе ударами, по разным местам, чтобы не вызывать чрезмерный наклеп.
Наклеп появляется не только после ударов, но и при сильном давлении; например, в процессе прокатки на вальцах холодные или недостаточно нагретые стальные листы также теряют пластичность. Холодная клепка давлением на машинах, пробивка отверстий, резка ножницами также сопровождаются наклепом.
Наклепа не получится, если металл обрабатывать давлением в нагретом выше определенной температуры состоянии; для низкоуглеродистой стали такая температура составляет около 860° С.
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.
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.
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.
Учитывая выше изложенное, делаем два «смелых», но естественных вывода:
1. Наклепом называется любое проявление деформационного упрочнения кристаллических материалов – полезное и вредное, умышленное и неумышленное.
2. 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.
Металл, получивший наклеп, слабо сопротивляется коррозии. Опыт подтверждает это и устанавливает, что на стальной конструкции, работающей во влажном воздухе, первые очаги коррозийных разъеданий появятся на участках, получивших наклеп в процессе изготовления, т. е. на кромках пробитых отверстий, отрезанных механическими ножницами, на заклепках, расклепанных в холодном состоянии. Скорость коррозии (см. далее) на этих участках также будет значительно выше.