Термомеханическая обработка стали

Термомеханическая обработка (ТМО) стали заключается в сочетании пластической деформации стали в аустенитном со­стоянии с последующей закалкой. В зависимости от температу­ры, при которой деформируют сталь, различают высокотемпе­ратурную (ВТМО) и низкотемпературную (НТМО) термомеха­ническую обработку.

При ВТМО сталь нагревают до температуры выше Ас₃, пласти­чески деформируют при этой температуре и закаливают. Степень деформации составляет 20...30 %. Закалка следует немедленно после деформации во избежание развития рекристаллизации. Схема процесса приведена на рис. 4.17, а.

Рис. 4.17. Схемы режимов термомеханической обработки и структуры стали: а — высокотемпературного; б — низкотемпературного

Зона дефор­

мирования

Отпуск

При НТМО сталь нагревают до температур выше Ас₃, выдержи­вают при этой температуре, охлаждают до температуры выше точки М_н (400...600 °С), но ниже температуры рекристаллиза­ции, при этой температуре осуществляют обработку давлением (степень деформации 75...95 %), а затем сразу же производят закалку и низкотемпературный отпуск (рис. 4.17, б).

ВТМО можно подвергать любые стали, а НТМО — только стали с повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита, т.е. легированные. С помощью ТМО удается повысить предел проч­ности и пластичность стали по сравнению с обычной закалкой и отпуском. В табл. 4.3 приведены усредненные механические свойства сталей после различных видов обработки.

Повышение прочности в процессе ТМО по сравнению с обыч­ной закалкой объясняется предварительным наклепом аустени­та, в котором в результате деформации создается повышенная плотность дислокаций, наследуемая образующимся при закалке
мартенситом. Такое структурное состояние обеспечивает проте­кание пластической релаксации локальных напряжений, вызван­ных повышенной плотностью дислокаций. Как следствие, обра­зующийся при отпуске мартенсит, несмотря на более высокую по сравнению с обычной термической обработкой плотность дис­локаций, имеет меньший уровень остаточных напряжений. Это обеспечивает более высокие значения как прочности, так и удар­ной вязкости и пластичности одновременно.

Более высокая прочность стали после НТМО по сравнению с ВТМО объясняется тем, что при высоких температурах, по-ви­димому, происходит частичная рекристаллизация стали. Однако после ВТМО сильнее повышаются пластичность и ударная вяз­кость.

В настоящее время более широко используется ВТМО, так как она обеспечивает высокие характеристики прочности (наряду с высокой пластичностью и ударной вязкостью стали) и для ее осуществления требуется меньше энергии в связи с меньшей степенью деформации. ВТМО осуществляют в цехах прокатно­го производства на металлургических заводах для упрочнения прутков нефтенасосных штанг, рессорных полос, труб и пружин.