Наклёп (деформационное упрочнение) — рост прочности и твёрдости при холодной деформации за счёт искажения решётки; снимается отжигом.
Суть
При пластической деформации ниже температуры рекристаллизации в кристаллической решётке резко растёт плотность дислокаций: они переплетаются, упираются в границы зёрен и друг в друга. Каждой следующей дислокации двигаться всё труднее — металл сопротивляется дальнейшей деформации сильнее. Это и есть наклёп, или деформационное упрочнение; в заводском обиходе его называют нагартовкой.
Внешне наклёп проявляется как рост предела текучести σт (у наклёпанной стали площадки текучести нет, поэтому определяют условный предел σ0,2), временного сопротивления σв и твёрдости HB при одновременном падении относительного удлинения δ5 и ударной вязкости KCU. Зёрна вытягиваются вдоль направления деформации — появляется текстура, и свойства становятся анизотропными: вдоль и поперёк проката они разные.
Наклёп — не свойство марки, а состояние металла. Одна и та же сталь 20 в горячекатаном, нагартованном и отожжённом виде даёт разные цифры в протоколе испытаний по ГОСТ 1497, поэтому в сертификате важно смотреть не только марку, но и состояние поставки.
От чего зависит и как снимается
- Степень деформации. Чем больше обжатие (волочение, холодная прокатка, гибка), тем выше упрочнение; у малоуглеродистых сталей уже при 30–50 % обжатия σв растёт в полтора-два раза, а δ5 падает до единиц процентов.
- Химический состав. Углерод и легирующие усиливают эффект: аустенитные нержавеющие стали наклёпываются заметно сильнее ферритных, поэтому их труднее обрабатывать резанием.
- Температура деформации. Упрочнение накапливается только при холодной деформации; при горячей рекристаллизация идёт одновременно с деформацией, и наклёп не сохраняется, см. холодная и горячая деформация.
- Последующий нагрев. Наклёп снимается рекристаллизационным отжигом: при 650–700 °C в стали зарождаются и растут новые равноосные зёрна, плотность дислокаций падает, пластичность возвращается. Низкий отпуск при 200–300 °C снимает лишь часть напряжений, не убирая упрочнения.
Контролируют наклёп косвенно — по твёрдости и по растяжению: рост HB и σ0,2 при падении δ5 относительно исходного состояния указывает на нагартовку. Полезен наклёп там, где нужна прочность без термообработки (проволока, холоднодеформированная арматура, пружины); вреден — где нужны пластичность и стойкость к хрупкому разрушению, а также перед сваркой и гибкой.
Ключевые числа
| Температура рекристаллизации железа | ≈ 450 °C (правило Бочвара, ~0,4·Tпл) |
|---|---|
| Рекристаллизационный отжиг стали | 650–700 °C, ниже Ac1 (727 °C) |
| Сталь 20, холоднодеформированная труба, термообработанная (ГОСТ 8733-74) | σв ≥ 412 МПа, δ5 ≥ 21 % |
| Арматура В500С, холоднодеформированная (ГОСТ 34028-2016) | σт ≥ 500 МПа |
| Арматура А240, горячекатаная (ГОСТ 34028-2016) | σт ≥ 240 МПа |
| Оценка σв по твёрдости, углеродистая сталь | σв ≈ 3,4·HB, МПа |
| Предел текучести наклёпанной стали | σ0,2 при остаточной деформации 0,2 % (ГОСТ 1497) |
Где встречается в трубах
Наклёп появляется всегда, когда трубу деформируют в холодном состоянии: при волочении и холодной прокатке бесшовных труб, при формовке штрипса в трубную заготовку на электросварных станах, при холодной гибке и калибровке. Поэтому холоднодеформированные трубы, как правило, поставляют после термообработки — иначе стенка получается прочной, но малопластичной.
- Холоднодеформированные бесшовные трубы по ГОСТ 8734-75 / 8733-74 — наклёп снимают отжигом или нормализацией; о режимах — в статье термообработка труб.
- Кромки и зона формовки электросварных труб нагартованы после валков; для труб по ГОСТ 10704-91 это проверяют испытаниями на сплющивание и раздачу по ГОСТ 10705-80.
- Профильные трубы получают холодной формовкой круглой заготовки: углы профиля наклёпаны сильнее граней, что видно по твёрдости.
- Холодная гибка труб из стали 20 и 09Г2С упрочняет растянутую сторону гиба и снижает её пластичность — на ответственных трубопроводах после гибки назначают отпуск или отжиг.
- Требования к состоянию поставки и испытаниям — в библиотеке стандартов.
Связанные термины
- Горячая и холодная деформацияГорячая (выше температуры рекристаллизации) даёт крупный сортамент и вязкую структуру; холодная — точную геометрию и наклёп.
- ОтжигМедленное охлаждение после нагрева: снимает внутренние напряжения и наклёп, возвращает пластичность — например, после холодной деформации труб.
- Твёрдость: HB, HRC, HVСопротивление металла вдавливанию; методы Бринелля, Роквелла и Виккерса дают разные шкалы, но все они косвенно связаны с прочностью.
- Относительное удлинениеМера пластичности: на сколько процентов образец вытянулся к моменту разрыва; чем выше — тем безопаснее сталь ведёт себя под перегрузкой.