Теория термической обработки металлов
Главная / Теория термической обработки металлов

Книга написана по программе курса «Теория термической обработки», который автор читает в Московском институте стали и сплавов студентам, специализирующимся по металловедению цветных и редких металлов.

Теория термической обработки является центральной учебной дисциплиной в подготовке металловедов и термистов. Перед ее изучением студент должен освоить физическую химию, кристаллографию, металлографию, учение о дефектах кристаллической решетки, изучить механические свойства и методы испытания металлов.

В свою очередь теория термической обработки является базой для изучения технологии термической обработки и таких профилирующих спецкурсов металловедения, как «Легированные стали» и «Сплавы цветных и редких металлов».

В последние 10 — 15 лет теория термической обработки развивалась очень быстрыми темпами. Для ее развития наиболее характерно все большее использование научных представлений и экспериментальных методов физики металлов, в особенности учения о дефектах кристаллической решетки, с целью более глубокого понимания природы, механизма и кинетики структурных изменений и закономерностей изменения свойств металлов и сплавов при тепловом воздействии.

В результате весьма подробно изучены процессы термообработки давно используемых и новых металлических материалов.

В одном учебнике уже невозможно изложить и общую теорию термической обработки, и особенности термообработки отдельных групп сплавов.

Поэтому в отличие от первого издания книги пришлось отказаться от рассмотрения особенностей термообработки легированных сталей, алюминиевых, титановых и медных сплавов. Соответствующие вопросы должны излагаться, как это и принято теперь в большинстве вузов, в специальных курсах.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Высокотемпературная термомеханическая обработка сталей, закаливаемых на мартенсит

При ВТМО аустенит деформируют в области его термодинамической стабильности и затем проводят закалку на мартенсит (смотрите рисунок Схема обработки легированной стали). После закалки проводят низкий отпуск. Основная цель обычной термообработки с деформационного (прокатного ковочного) нагрева — исключить специальный нагрев под закалку и благодаря этому получить экономическии эффект. Главная же цель ВТМО — повышение механических свойств…

Явление наследования упрочнения

Большой интерес представляет обнаруженное М. Л. Бернштейном явление наследования («обратимости») упрочнения от ВТМО при повторной термической обработке. Оказалось, что упрочнение от ВТМО сохраняется, если сталь перезакалить с кратковременной выдержкой при температуре нагрева под закалку или если упрочненную ВТМО сталь вначале подвергнуть высокому отпуску, а затем перезакалить. Например, предел прочности стали 37XH3A после ВТМО по режиму…

Термомеханическая обработка сталей, закаливаемых на мартенсит

Процессы ТМО сталей начали интенсивно изучать с середины 50-х годов в связи с изысканием новых путей повышения конструктивной прочности. Низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО) При НТМО переохлажденный аустенит деформируется в области его повышенной устойчивости, но обязательно ниже температуры начала рекристаллизации и затем (превращается в мартенсит. После этого проводят низкий отпуск (на рисунке не показан). Схема обработки…

Высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО)

При ВТМО проводят горячую деформацию, закалку с деформационного нагрева и старение (смотрите рисунок Схемы термомеханической обработки стареющих сплавов). При горячей деформации повышается плотность дислокаций и возникает горячий наклеп, который в процессе самой деформации может частично или полностью сниматься в результате развития динамической полигонизации и динамической рекристаллизации. Кривая напряжение — деформация имеет участок подъема напряжения течения,…

Применение ВТМО

Применение ВТМО ограничивают следующие факторы. Сплав может отличаться столь узким интервалом температур нагрева под закалку, что поддерживать температуру горячей обработки давлением в таких узких пределах практически невозможно (например, в пределах ± 5 °С для дуралюмина Д16). Оптимальный температурный интервал горячей деформации может находиться значительно ниже интервала температур нагрева под закалку. Например, при прессовании алюминиевых сплавов…

Предварительная термомеханическая обработка (ПТМО)

Сущность ПТМО заключается в том, что полуфабрикат, полученный после горячей деформации в нерекристаллизованном состоянии, сохраняет нерекристаллизованную структуру и при нагреве под закалку. ПТМО отличается от ВТМО тем, что операции горячей деформации и нагрева под закалку разделены (смотрите рисунок Схемы термомеханической обработки стареющих сплавов). ПТМО широко применяют в технологии производства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов. Давно было…

Термомеханическая обработка стареющих сплавов

На рисунке приведены основные схемы ТМО стареющих сплавов. Зубчатыми линиями обозначена пластическая деформация. Схемы термомеханической обработки стареющих сплавов Низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО) НТМО стареющих сплавов — это первая по времени появления (30-е годы) и наиболее широко используемая в промышленности термомеханическая обработка. Основное назначение НТМО — повышение прочностных свойств. При НТМО сплав вначале подвергают обычной закалке,…

Влияние холодной деформации на зонное старение

Рассмотрим вначале влияние холодной деформации на зонное старение. Казалось бы, что деформация, увеличивая плотность дислокаций и концентрацию вакансий, должна ускорять зонное старение. Но, во-первых, зоны зарождаются гомогенно, а не на дислокациях и, во-вторых, дислокации являются эффективными местами стока вакансий. Очень сильная пластическая деформация повышает концентрацию вакансий (отношение числа вакансий к числу атомов) всего на 10—6,…

Эффективность применения НТМО

Эффективность применения НТМО определяется тем, какая фаза-упрочнитель выделяется при старении. Так, например, дополнительное упрочнение от введения деформации перед искусственным старением у сплавов Al — Cu — Mg (упрочнитель — фаза S) больше, чем у сплавов Al — Cu (упрочнитель — фаза θ´). При нагреве под старение после холодной деформации рекристаллизация, как правило, не протекает, а…

Предстарение

Предстарение может быть не только естественным, но и искусственным. Для сплавов на разных основах следует шире опробовать усложненные схемы НТМО типа закалка → старение → холодная деформация → старение.  Повышенную прочность можно получить, применяя обычную холодную деформацию после старения (без НТМО). По сравнению с такой обработкой НТМО обеспечивает при равной прочности более высокую пластичность, меньшие…

Азотирование

Азотирование стальных изделий проводят в аммиаке, который при нагревании диссоциирует, поставляя активный атомарный азот: В системе Fe — N при температурах азотирование могут образовываться следующие фазы: α-раствор азота в железе (азотистый феррит), γ-раствор азота в железе (азотистый аустенит), промежуточная γ-фаза переменного состава с г. ц. к. решеткой (ей приписывают формулу Fe4N) и промежуточная ε-фаза с…

Диффузионное насыщение металлами

Металлы растворяются в железе и других металлах по способу замещения и потому медленнее, чем неметаллы, диффундируют в изделие. Как правило, диффузионное насыщение металлами проводят при более высоких температурах, чем насыщение неметаллами. Типичные примеры — алитирование и хромирование. Алитирование (алюминирование) применяют для повышения окалиностойкости сталей и реже чугунов. Алитируют также литые лопатки газотурбинных двигателей из жаропрочных…