Деформационно-термическая обработка

Деформационно-термическая обработка рассматривается как один из видов упрочняющей комбинированной обработки, сочетающей в едином технологическом процессе операции пластической деформации и термической обработки.

По современной классификации к деформационно-термической обработке (ДТО) следует относить: механико-термическую обработку (МТО); термо-механическую обработку (ТМО); микродеформационнотермическую обработку (МДТО).

Микродеформационнотермическая обработка включает такие виды комбинированной обработки, как термоциклическая, ультразвуковая, термомагнитная и др. Эти новые перспективные виды обработки не могут быть рассмотрены в рамках настоящего краткого курса.

Механико-термическая обработка

Механико-термическая обработка основана на использовании дорекристаллизационных процессов для воздействия на структурное состояние и свойства металлов и сплавов, включая чистые металлы, технически чистые, а также термически упрочняемые и не упрочняемые сплавы. В основе этой технологии не лежат процессы фазовой перекристаллизации, хотя они могут сказываться на результатах обработки.

Механико-термической обработкой (МТО) называют такие процессы деформационно-термической обработки, которые заключаются в пластической деформации металлов и сплавов на небольшие степени (не превышающие нескольких процентов) при температуре выше или ниже температурного порога рекристаллизации и последующем отжиге или старении с целью получения и закрепления полигональной (устойчивой субзеренной) структуры с целью повышения длительной прочности и жаропрочности металлов и сплавов.

Упрочнение, достигаемое в результате МТО, связывают с деформационным старением.

Термомеханическая обработка

Термомеханическая обработка наиболее подробно изучена на металлах и сплавах, претерпевающих полиморфные превращения и иные виды фазовой перекристаллизации в интервале температур обработки, и в первую очередь, на примере сталей.

В отличие от МТО, термомеханическая обработка (ТМО) использует для воздействия на превращения, протекающие при термической обработке, высокие степени пластической деформации, обеспечивая достижение деформационного упрочнения (наклепа). При этом существенным образом увеличивается плотность дислокаций и усложняется дислокационное строение обрабатываемого материала.

Эти изменения в тонком кристаллическом строении затем сказываются на кинетике и механизмах развивающихся фазовых и структурных превращений, обусловленных тепловым воздействием. Наиболее широко известные схемы ТМО приведены на рисунке 7.17.

Высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО) производится в едином технологическом цикле с горячей пластической деформацией (ковкой, штамповкой, прокаткой и т.д.) и заключается в нагреве стали до температур горячей обработки давлением (для сталей 1150 – 1200 ˚С), предварительной пластической деформацией для получения промежуточной заготовки, подстуживании ее до температур 850 - 900 ˚С (не ниже точки А₃), пластической деформации при этой температуре в составе ТМО со степенями 25 – 90% с немедленным закалочным охлаждением в воде или масле, в зависимости от марки стали, и последующем низкотемпературном отпуске. Температура отпуска обычно 140 – 200 ˚С (рисунок 7.17, а).

Рисунок 7.17. Графики режимов ТМО стали: а – ВТМО; б – НТМО

В результате ВТМО нелегированная среднеуглеродистая сталь типа марки 45 получает предел прочности 2500 МПа при относительном удлинении 8,0%, что по прочностным свойствам в несколько раз выше, чем после обычной закалки с отпуском. Применение ВТМО устраняет склонность стали к необратимой отпускной хрупкости, что является уникальным результатом. Никакими другими способами склонность стали к необратимой отпускной хрупкости устранить не удается.

Низкотемпературная термомеханическая обработка стали (НТМО – рисунок 7.17, б) заключается в нагреве до температур выше точки А_с3 на 30 – 50 ˚С, выдержке при этой температуре, как для обычной закалки, быстром закалочном переохлаждении стали до 400 – 500˚С (область повышенной устойчивости переохлажденного аустенита к распаду), пластической деформации переохлажденного аустенита при этих температурах с большими степенями (25 – 90%), не допуская его диффузионного распада, с последующим охлаждением в масле или аналогичных средах для развития мартенситного превращения. Обработка завершается низкотемпературным отпуском (140 – 200 ˚С).

НТМО позволяет получить еще более высокие прочностные свойства, чем после ВТМО. Предел прочности в данном случае достигает значений 2800 – 3300 МПа при относительном удлинении 6,0%. Такой результат связан с тем, что выполнение пластической деформации переохлажденного аустенита при температурах ниже температурного порога рекристаллизации предотвращает ее развитие, сохраняя более полно уровень структурных изменений деформационного характера. Это сохраняет дополнительное упрочнение наклепом и усиливает его влияние на развитие мартенситного превращения.