Только несколько металлов легко поддаются холодной обработке, в том числе, низкоуглеродистые стали, а также ферритные и аустенитные нержавеющие стали. Холодную обработку металлов часто называют также нагартовкой, наклепом, деформационной обработкой. Холодная обработка включает деформирование металла в пластической стадии при комнатной температуре или ниже температуры рекристаллизации. Степень, до которой металл можно подвергать холодной обработке зависит от его пластичности.
Механизмы холодной пластической деформации
При холодной пластической деформации металла происходит скольжение компонентов его структуры относительно друг друга. Известно, что металлы, в том числе, сталь, имеют кристаллическую структуру и состоят из зерен неправильной формы и различных размеров. Ориентация кристаллической атомной структуры в каждом отдельном зерне является упорядоченной, но имеет различное направление в разных зернах. В процессе холодной обработки зеренная структура металла изменяется, происходит фрагментация зерен, движение атомов и искажение атомной решетки (рисунок).
В результате холодной обработки зерна удлиняются, получают смещения атомной решетки и разбиваются на фрагменты. Для улучшения зеренной структуры нагартованного металла проводят специальные термические обработки: отжиг (отпуск) для снятия остаточных напряжений (возврат) и отжиг для формирования новых зерен (рекристаллизация).
В ходе холодной обработки металла в ослабленных местах атомной решетки зерен возникают плоскости сдвига, которые приводят к деформации зерен. При холодной обработке для продолжения деформирования металла требуются все более значительные усилия. При холодной обработке металла не происходит процессов рекристаллизации и возврата деформированных зерен. За счет увеличения плотности дислокаций, искажений атомной решетки и фрагментации зерен возникает упрочнение металла, которое называют наклепом, нагартовкой или деформационным упрочнением. Такое упрочнение металла вызывает в поверхностном слое изделия высокие сжимающие остаточные напряжения.
Преимущества холодной обработки
1) Повышение предела прочности и предела пластичности металла.
2) Повышение твердости металла, но снижение его пластичности.
3) Повышение качества поверхности и допусков на размеры.
4) Является эффективным способом повышения твердости для тех металлов, которые не способны упрочняться термической обработкой.
Недостатки холодной обработки
1) Только пластичные металлы, например, низкоуглеродистая сталь, могут подвергаться холодной обработке.
2) Возникают остаточные напряжения, не всегда благоприятные. Чрезмерная холодная обработка металла приводит к его охрупчиванию. Для восстановления пластичности металла требуется проведение отжига.
3) Зеренная структура металла искажается и фрагментируется – требуется термическая обработка.
4) Легко подвергать обработке только относительно небольшие изделия – большие требуют значительных усилий.
Металлы для холодной обработки
Следующие металлы легко подвергаются холодной обработке в виде листов и других простых по форме видов изделий.
1) Низкоуглеродистая сталь.
2) Медь.
3) Латунь.
4) Бронза.
5) Алюминиевая бронза.
6) Ферритные и аустенитные нержавеющие стали.
7) Сплавы на основе никеля (монель).
8) Нелегированный алюминий, сплавы алюминия с марганцем, сплавы алюминия с магнием, а также некоторые другие алюминиевые сплавы.
Процессы холодной обработки металлов
К процессам холодной обработки металлов относятся следующие:
1) Деформирование сдвигом или срезом: вырубка, пробивка, перфорирование, обрезка, продольная и поперечная резка и тому подобное.
2) Волочение: волочение проволоки, волочение труб, чеканка рельефа, правка растяжением.
3) Обработка давлением: холодная прокатка, чеканка, клепка, холодная штамповка, холодная ковка, накатка резьбы, накатывание насечки.
4) Гибка: гибка прутков, гибка на угол, роликовая правка, отбортовка.
