Термомеханическая обработка (ТМО)

Термомеханическая обработка стали заключается в сочетании пластической деформации стали в аустенитном состоянии с ее закалкой, при этом несовершенства кристаллического строения аустенита, полученные при наклепе, влияют на мартенситное превращение. В результате получается высокий комплекс механических свойств, который невозможно получить отдельно ни термической, ни механической обработкой (деформированием).

Для стали наиболее распространенными видами ТМО являются (рис. 8.10 а,б) два вида: высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО) и низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО).

При ВТМО деформация аустенита происходит выше температуры рекристаллизации, обычно выше критических точек А₃ и А₁. Сразу после деформации, не допуская снятия наклепа, необходимо быстро охлаждать со скоростью ≥ V крит. с получением структуры мартенсита.

При НТМО деформация аустенита происходит ниже температуры рекристаллизации, т.е. в районе ниже критических точек, где аустенит неустойчив, при этом наклеп полностью сохраняется. Продолжительность деформации должна быть такой, чтобы аустенит остался непревращенным и при последующем охлаждении превратился в мартенсит.

После любой ТМО обязательно следует отпуск на заданную прочность (пластичность), чаще низкий.

При ВТМО степень деформации составляет 20-30%. При большей степени деформации при высокой температуре очень быстро развивается рекристаллизация, снимающая упрочнение. Для каждой марки стали, вида и сечения изделия необходимо подбирать оптимальное сочетание температуры, степени и скорости деформации. В результате фрагментации кристаллов мартенсита при ВТМО повышаются пределы прочности и текучести, в то же время увеличивается вязкость стали ( повышается сопротивление развитию трещины). После ВТМО прочностные свойства ниже, а показатели пластичности выше, чем после НТМО.

При ВТМО машиностроительных сталей достигается следующий комплекс механических свойств: =220-260 кгс/мм²; =190-220 кгс/мм²; =7-8%; =25-40%.

При НТМО предел прочности конструкционных легированных сталей повышается до 280-330 кгс/мм² при =5-7%. Степень деформации переохлажденного аустенита составляет 75-95% (аустенит при температурах ниже порога рекристаллизации можно деформировать с большими степенями обжатия). Причина сильного упрочнения стали при НТМО – наследование мартенситом дислокационной структуры деформированного аустенита. Измельченностью кристаллов мартенсита объясняется приемлемый уровень показателей пластичности стали, находящейся в высокопрочном состоянии.

НТМО практически применима только к легированным сталям, обладающим значительной устойчивостью переохлажденного аустенита. Внедрение НТМО в производство существенно затрудняется необходимостью использования мощного оборудования для обработки давлением, т.к. при низких температурах сопротивление деформированию очень высокое.

Другой существенный недостаток НТМО – невысокая сопротивляемость хрупкому разрушению сильно упрочненной стали.

ВТМО, несмотря на менее сильное упрочнение, имеет неоспоримые преимущества перед НТМО. К ним относятся одновременное повышение прочности и вязкости разрушения, высокая технологичность (для деформирования не требуется специализированного мощного оборудования), применимость не только к легированным сталям с повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита, но и к углеродистым и низколегированным сталям.

Рис. 8.10 Схемы термомеханической обработки стали:

а) высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО) (t деформации аустенита больше t рекристаллизации аустенита);

б) низкотемпературная термомеханичеякая обработка (НТМО) (температура деформации аустенита меньше температуры

рекристаллизации аустенита)

ТМО (чаще ВТМО) применяется не только для упрочнения в процессе изготовления деталей машин в машиностроительной промышленности, но и на металлургических заводах непосредственно в производстве полуфабрикатов. ТМО является резервом повышения прочности металла и его экономии в процессе производства различных изделий простой формы – рессор, пружин, рельс, труб и пр.