Содержание:

Сущность нагартовки

Процесс заключается в повышении прочностных характеристик металла, среди которых – увеличение предела прочности и твёрдости. Одновременно характеристики пластичности, например, относительное удлинение, падают.

Употребительными терминами считаются три – нагартовка, наклёп, упрочнение. Термины «нагартовка» и «наклёп» относится лишь к такому варианту упрочняющей обработки, когда конфигурация всех участков обрабатываемой заготовки/детали не изменяется. Соответственно, если продукт одновременно подвергается интенсивной пластической деформации, процесс называют упрочнением.

Нагартовка

Как практически отличить явление наклёпа/нагартовки от упрочнения:

  1. За весь период эксплуатации детали нагартовка может производиться несколько раз. Упрочнение выполняется только однажды, при пластическом деформировании материала.
  2. Для реализации наклёпа/нагартовки требуется специальное оборудование, в то время как упрочнение ведётся тем же формообразующим инструментом.
  3. Упрочнение является технологическим, а нагартовка/наклёп – конструктивным способом повышения прочности изделия.

Несмотря на эти отличия, физическая суть процесса не меняется. Нагартовка представляет собой следствие накопления внутренней энергии в металле или сплаве вследствие искажений в пространственной кристаллической решётке. При этом происходит поверхностный сдвиг в плоскости скольжения, который сопровождается блокированием мельчайшими обломками зёрен, а также выпадением мелкодисперсных фаз.

Все эти явления происходят только в поверхностном слое, толщина которого не превышает 0,5…1,0 мм. В результате плотность металла увеличивается, а многие из поверхностных дефектов (литья или прокатки) залечиваются.

явление наклепа

Разновидности процесса

Классификация переходов фазового наклёпа может быть выполнена по следующим признакам:

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

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

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

Оборудование для наклепа

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

Для более пластичных материалов степень деформации при нагартовке составляет 3…5 %, для менее пластичных – не менее 2 %. Такой способ наклёпа называется безударным.

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

Применение в промышленности

Нагартовка используется преимущественно в ремонтном производстве, для восстановления поверхностной прочности деталей. В сочетании с такими операциями как наплавка и шлифовка, она позволяет увеличивать эксплуатационный ресурс продукции машиностроительного производства, горнодобывающей промышленности и транспорта. Основные причины наклёпа – уплотнение макроструктуры при одновременном улучшении её однородности – позволяют снизить потребность в быстроизнашиваемых запасных частях, особенно, если они изготовлены из дефицитных сталей и сплавов.