Co to jest utwardzanie przez zgniot?

Utwardzanie odkształceniowe to proces, w którym metale twardnieją pod wpływem mechanicznego zginania. Utwardzanie odkształceniowe to proces, który zachodzi w sieci krystalicznej materiału. Ta forma hartowania jest użyteczna w celu zwiększenia wytrzymałości metali, których nie można utwardzić za pomocą obróbki cieplnej. Wiele metali i stopów, które można utwardzać na gorąco, może być jednak również utwardzanych przez zgniot. Utwardzanie przez zgniot, zwane również utwardzaniem przez zgniot, może być celowo stosowane jako proces hartowania podczas formowania części lub może wystąpić w sposób niezamierzony podczas obróbki lub nieprawidłowej pracy.

Przed umocnieniem przez zgniot materiały zazwyczaj wykazują równomiernie rozłożoną, wolną od wad strukturę krystaliczną. Gdy materiał jest poddawany naprężeniom mechanicznym, w strukturze krystalicznej tworzą się mikroskopijne defekty zwane dyslokacjami. Jeśli stres się utrzymuje, te dyslokacje rozprzestrzeniają się i oddziałują ze sobą, tworząc nowe struktury wewnętrzne, które opierają się dalszemu odchylaniu. Te formacje – lub punkty zaczepienia – zwiększają granicę plastyczności materiałów lub zdolność do wytrzymania naprężeń, z późniejszym spadkiem ciągliwości lub miękkości. Jednym z najczęstszych sposobów celowego inicjowania procesu umocnienia przez zgniot jest formowanie części na zimno.

Jak wspomniano wcześniej, utwardzanie przez zgniot może być procesem pożądanym lub niepożądanym. Gdy zamierzonym efektem końcowym jest hartowanie przez zgniot, obróbka na zimno lub formowanie części jest jednym z najskuteczniejszych sposobów realizacji tego zadania. Jest to szczególnie przydatne przy obróbce metali, które nie mogą być utwardzane termicznie. Należą do nich stal niskowęglowa, aluminium i czysta miedź. Kiedy te metale są ściskane, ciągnione, zginane lub młotkowane podczas formowania, związane z nimi naprężenia wywołują powstawanie dyslokacji krystalicznych, które utwardzają materiał.

Niepożądane umocnienie odkształceniowe występuje, gdy ciągliwe lub miękkie materiały są niewłaściwie obrabiane lub nadmiernie wyginane podczas ich cykli roboczych. Jeżeli podczas obróbki część zostanie narażona na zbyt głębokie nacięcia, powstałe naprężenie może spowodować powstanie przemieszczeń krystalicznych i wynikające z tego utwardzenie. To niezamierzone hartowanie może następnie uniemożliwić dalszą obróbkę lub nawet uszkodzić końcówki narzędzi. Podczas obróbki części ciągliwych należy ostrożnie przesuwać końcówki narzędzi, aby zapobiec niepożądanemu utwardzaniu.

Części metalowe, które podczas normalnej pracy są wyginane poza parametry projektowe, mogą również doświadczyć pewnego stopnia umocnienia przez zgniot. Niewielkie ugięcia w tych parametrach są łatwo absorbowane przez materiał, który powraca do pierwotnego kształtu bez zmian w swojej wewnętrznej strukturze. Jednak przy zginaniu poza te granice rozpoczyna się proces powstawania dyslokacji i materiał twardnieje. Powoduje to wypadkową odporność na wszelkie zginanie, co może prowadzić do ewentualnego pęknięcia lub złamania części.