Термомеханическая обработка стали

 Термомеханическая обработка стали

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 (рис.1а), при которой сталь имеет аустенитную структуру. Степень деформации составляет 20–30 %. После деформации следует немедленная закалка во избежание развития процесса рекристаллизации.

Рис.1. Схема термомеханической обработки стали: а – ВТМО; б – НТМО

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 (рис.1б). 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 = 220–300 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 = 260–300 кгс/мм² достигается при деформации переохлажденного аустенита (рис.1б), 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.

Высокие механические свойства после термической обработки объясняются большой плотностью дислокаций в мартенсите, дроблением его кристаллов па отдельные фрагменты величиной в доли микрона со взаимной раз ориентировкой до 10–15°. Дислокационная структура, формирующаяся в аустените при деформации, «наследуется» после закалки мартенситом. После деформации аустенита последующая закалка приводит к образованию плотных скоплений дислокаций, сочленяющих сильно разориентированные фрагменты мартенсита. Повышение пластичности, вероятно, связано с уменьшением напряжений II рода.