Блог компании RUVDS.com. Автор DAN_SEA. В массовом сознании распространён стереотип, что упрочнение металлов возможно только с применением некой закалки («ну да, в воду или в масло вроде как окунают, и металл повышает свою прочность»). Особенно это мнение распространено среди людей, не имевших дела с процессами обработки металлов. Тем не менее, существует ещё один интересный вариант упрочнения, который позволяет увеличить механическую прочность металлов даже без применения закалки! Об этом и поговорим ниже…

Небольшой спойлер от автора: дальше последует некоторый результат моих исследований этой темы. Суждения в тексте ниже могут быть где-то верны, где-то ошибочны, а где-то недостаточно подробны. В любом случае, надеюсь, что будет интересно!

Сразу оговоримся, что возможностей упрочнения металлов существует некоторое количество, и они не ограничиваются только закалкой окунанием или остужением на воздухе, а также описанным ниже способом. Возможны и химические способы, среди которых можно назвать цементацию (насыщение поверхностного слоя углеродом) и азотирование (насыщение поверхностного слоя азотом) — они используются для увеличения твёрдости и износоустойчивости.

Причём зачастую эти химические способы применяются для того, чтобы исключить закаливание детали и сохранить её вязкую сердцевину, придав, однако, повышенную прочность её поверхности. Такой подход позволяет увеличить надёжность детали, так как благодаря своей вязкой сердцевине она сохраняет гибкость и не переламывается при нагрузках, в то же время, оставаясь износоустойчивой.

Широко известный пример такого подхода — впускные и выпускные клапаны двигателей автомобилей. Благодаря своей поверхностной прочности, они остаются достаточно износоустойчивыми, но, в то же время, могут легко согнуться при обрыве ремня газораспределительного механизма, когда, к несчастью водителя, «и встретятся поршни с клапанами».

Однако мы рассмотрим ещё один — исключительно механический способ.

Почему вообще возник интерес к этой теме: в свою бытность, когда я делал в качестве хобби самодельный воздушный компрессор на более чем 400 бар, пришлось столкнуться со спонтанным упрочнением поверхности цилиндра высокого давления, после чего механическая его обработка стала весьма затруднительной и в нём стал застревать инструмент и скользить свёрла, и, соответственно, именно тогда и возник интерес к этому явлению.

Небольшой исторический экскурс

Тысячи лет назад, с возникновением и развитием металлургии, у людей появилась новая возможность получать качественно лучший инструментарий для жизни, и именно металл стал одним из самых важных факторов, двигающих технический процесс развития цивилизации. Деревянные, костяные и каменные орудия труда постепенно сменились медными и бронзовыми, которые хоть и оказали существенное влияние на развитие цивилизации, но только с появлением способа выплавки железа из руды произошёл настоящий скачок в развитии.

Исторический процесс совершенствования технологий металлургии тесно связан со способами обработки металлов, важнейшим из которых является обработка давлением. Самым первым способом обработки, который возник в момент перехода от каменного века к бронзовому, является ковка. С её применением начали обрабатывать медь в виде самородков ещё в тот период, когда люди не были знакомы с технологией её целенаправленной выплавки из руды. Именно ковка была тем самым единственным способом обработки, который позволил древним металлургам повышать прочность металла с помощью её «нагартовки».

Нагартовка — механический способ обработки металла, при котором он подвергается холодной пластической деформации, что приводит к изменению его свойств, заключающихся в увеличении прочности, твёрдости и предела текучести.

С развитием металлургии совершенствовались и способы обработки давлением, на основе которых создавались разнообразные молоты, волочильные станки, штамповочные машины, чеканочные аппараты и другие механизмы.

В настоящее время подавляющее количество металлической продукции, использующейся цивилизацией, изготавливается именно с использованием обработки металлов давлением: прокатка, ковка, штамповка, волочение, прессование, чеканка.

Обработка давлением литого металла улучшает его структуру, повышает прочность и долговечность изделий из него.

Кроме придания свойств попутного упрочнения, обработка давлением имеет преимущества, например, перед обработкой резанием, так как даёт меньше отходов, а также позволяет сразу получать конечное изделие требуемой формы и размеров.

Теория процесса