Термомеханическая обработка

Термомеханическая обработка (ТМО) является методом обработки стали, позволяющим повысить механические свойства по сравнению с полу­ченными при обычной закалке и отпуске.

Термомеханическая обработка заключается в сочетании пластической деформации стали в аустенитном состоянии с ее закалкой. Формирование структуры закаленной стали при ТМО происходит в условиях повышенной плотности дислокаций, обусловленных наклепом. Различают два основных способа термомеханической обработки.

По первому способу, называемому высокотемпературной термомехани­ческой обработкой (ВТМО), сталь деформируют при температуре выше точки А₃, при которой сталь имеет аустенитную структуру. Степень деформации составляет 20 — 30%. После деформации следует не­медленная закалка во избежание развития процесса рекристаллизации.

По второму способу, называемому низкотемпературной термомеханической обработкой (НТМО), сталь деформируют в температурной зоне су­ществования переохлажденного аустенита в области его относительной устойчивости (400 —600"С); температура деформации должна быть выше точки М_н., но ниже температуры рекристаллизации. Степень де­формации обычно составляет 75-95%. Закалку осуществляют сразу после-деформации. После закалки в обоих случаях следует низкотемпературный отпуск (100 —300°С). Такая комбинированная ТМО позволяет получить очень высокую прочность: σ_в = 22О~ЗОО кгс/мм², при хорошей пластично­сти и вязкости: δ = 6÷8% и а_н=5÷6 кгс-м/см².

После обычной закалки и низкого отпуска предел прочности не превы­шает 200-220 кгс/мм² и δ = 3÷ 4%.

Очень важно, что одновременно с повышением прочности после ТМО' возрастает пластичность.

Наибольшее упрочнение σ_в = 260-г 300 кгс/мм² достигается при дефор­мации переохлажденного аустенита, т.е. при обработке НТМО. Деформация в области высоких температур (ВТМО) не создает столь высокого предела прочности (σ_в = 220÷240 кгс/мм²). Это, видимо, объясняется тем, что при высоких температурах невозможно избежать хо­тя бы частичной рекристаллизации. Низкотемпературную термомеханиче­скую обработку можно рассматривать как холодную обработку давле­нием, так как она проводится ниже температуры рекристаллизации. Однако ВТО обеспечивает большой запас пластичности и лучшую конструктивную прочность. ВТМО повышает ударную вязкость при комнатной и низких температурах, понижает порог хладноломкости и чувствительность к отпускной хрупкости. Кроме того, деформация при высоких температурах протекает при меньших усилиях и является, поэтому более технологической операцией.

24ДЕФЕКТЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ЗАКАЛКЕ. К основным дефектам, которые могут возникнуть при закалке стали, отно­сятся трещины в изделии — внутренние или наружные, деформации и коробление.

Трещины. При закалке трещины возникают в тех случаях, когда вну­тренние растягивающие напряжения I рода превышают сопротивление ста­ли отрыву. Трещины образуются при температурах ниже точки М_п, чаще после охлаждения. Склонность к образованию трещин возрастает с увели­чением в стали содержания углерода, повышением температуры закалки и увеличением скорости охлаждения в температурном интервале мартенситного превращения.

Другой причиной образования трещин является наличие в изделии кон­центраторов напряжений (резкое изменение сечения изделия или местные вырезки, углубления, выступы и т. д.).

Трещины — неисправимый дефект. Для предупреждения их образования рекомендуется при конструировании изделий избегать резких выступов, за­остренных углов, резких переходов от толстых сечений к тонким и т. д.; проводить закалку с возможно более низких температур; осуществлять медленное охлаждение в мартенситном интервале. температур путем закал­ки в двух средах, ступенчатой закалки или применять изотермическую за­калку; отпуск выполнять немедленно после закалки.

Деформация и коробление. Деформация, т. е. изменение размеров и формы изделий, происходит при термической обработке в результате термических и структурных напряжений под действием неоднородных объемных изменений, вызванных неравномерным охлаждением и фазовы­ми превращениями.

Несимметричную деформацию изделий в практике часто называют ко­роблением (поводкой). Оно чаще наблюдается при неравномерном и чрез­мерно высоком нагреве под закалку, неправильном положении детали при погружении в закалочную среду и высокой скорости охлаждения в мартен­ситном интервале температур. Устранение этих причин значительно умень­шает коробление.

Размеры изделий после закалки даже при отсутствии коробления не совпадают с исходными значениями. Вызываемую этими изменениями де­формацию можно уменьшить подбором соответствующего состава стали и условий термической обработки