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 развиваются процессы отдыха и полигонизации, несколько уменьшающие упрочнение от НТМО.

Следует иметь в виду взаимное влияние этих процессов и распада раствора: выделения тормозят полигонизацию, а полигонизация, если она успела пройти, изменяет плотность и характер распределения выделений.

Холодный наклеп не только ускоряет распад раствора и увеличивает плотность выделений. Он может вызвать появление фазы, которая без наклепа при том же режиме старения не выделяется, и даже способен изменить последовательность появления фаз при старении.

Например, в ненаклепанном сплаве Al — 4% Cu во время старения при 150 °С θ´-фаза рентгенографически обнаруживается через 15 дней, а 0фаза (CuAl2) вообще не появляется. После холодной прокатки с обжатием 90% во время старения при той же температуре сначала (через 5 мин) обнаруживается θ-фаза, а познее (через 30 мин) θ´-фаза.

Появление метастабильной фазы после выделения стабильной противоречит обычной последовательности образования фаз при распаде твердого раствора (смотрите Образование промежуточных метастабильных фаз, Структурные изменения при старении) и вызвано следующим. После холодной деформации с большим обжатием по всему объему кристаллов твердого раствора решетка искажена столь сильно, что полукогерентные выделения θ´-фазы зарождаться не могут.

Вместе с тем в сильно искаженных участках облегчено зарождение некогерентных выделений θ-фазы. Через некоторое время отдых и полигонизация, протекающие при температуре старения, делают решетку в отдельных участках кристаллитов настолько совершенной, что здесь уже могут зарождаться полукогерентные выделения θ´-фазы (при условии, что в этих участках еще не прошел распад раствора с образованием θ-фазы).

Образование при распаде сильно наклепанного твердого раствора некогерентных выделений стабильной фазы вместо полукогерентных выделений метастабильной фазы может обусловить уменьшение упрочнения при старении. Поэтому при больших степенях холодной деформации, несмотря на более высокий уровень прочности сплава перед старением, его прочность в состаренном состоянии может оказаться ниже, чем у слабее деформированного сплава.


Зависимость твердости сплава

Зависимость твердости сплава

Зависимость твердости сплава Al — 4% Cu от времени старения при 160 °С после НТМО по разным схемам (Наттинг):

1 — закалка холодная деформация (10%) старение при 160 °С;
2 — закалка → естественное старение (18 ч) → холодная деформация (10%) → старение при 160 °С.


Если твердый раствор претерпел частичный распад перед холодной деформацией, то это сказывается на кинетике окончательного старения и свойствах сплава. На рисунке показано, что в случае холодной деформации свежезакаленного сплава Al — 4% Cu максимум твердости во время старения при 160 °С достигается через 20 — 30 ч (кривая А, а если ту же деформацию проводить после естественного старения, то максимальное упрочнение во время старения при 160 °С достигается через 8 — 10 ч.

Это ускорение искусственного старения можно объяснить тем, что при пластической деформации естественно состаренного сплава дислокации останавливаются зонами ГП и при последующем старении вблизи дислокаций уже имеются обогащенные медью участки, в которых облегчено зарождение θ´-фазы. Следовательно, в данном случае для ускорения искусственного старения выгодно деформировать сплав после естественного старения.

Предстарение (перед пластической деформацией) может не только ускорять заключительное старение, но и усиливать упрочнение от него. Возможно, что одной из причин этого является формирование при пластической деформации предварительно состаренного сплава более оптимальной субструктуры, характеризующейся высокой плотностью равномерно распределенных дислокаций.

В связи со сказанным для естественно стареющих алюминиевых сплавов необходимо регламентировать перерыв между закалкой и холодной деформацией при НТМО. Так, например, при НТМО листов и труб из сплава АД31 для получения максимального упрочнения такой перерыв должен составлять не менее 2 ч.

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

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…

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…

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…