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, соответствующий стадии горячего наклепа, и участок спада напряжения, обусловленного развитием сначала полигонизации, а затем рекристаллизации.
При динамической полигонизации, как и при обычной статической, наблюдающейся при нагреве после холодной деформации, формирование и миграция малоугловых границ контролируются переползанием дислокаций. Отличие от статической полигонизации состоит в том, что в процессе горячей деформации под действием приложенных напряжений дислокации все время «нагоняются» в тело субзерен.
Аналогично отличие динамической рекристаллизации от статической. Во время горячей деформации непрерывно чередуются процессы упрочнения (повышения плотности дислокаций) и разупрочнения (уменьшения плотности дислокаций при полигонизации и рекристаллизации).
В зависимости от природы сплава, температуры, скорости, степени и схемы деформации сплав в момент окончания горячей деформации может находиться в наклепанном состоянии, иметь полигонизованную, рекристаллизованную или смешанную структуру (частично полигонизованную, частично рекристаллизованную).
Полностью рекристаллизованная структура с минимальной плотностью дислокаций соответствует наиболее стабильному состоянию. Если к моменту окончания горячей деформации структура не рекристаллизавана или рекристаллизована неполностью, то имеется стимул к статической рекристаллизации. По окончании деформирования с большими обжатиями можно наблюдать очень быструю рекристаллизацию без инкубационного периода, так как зародыши рекристаллизованных зерен образовались еще в процессе горячей деформации.
Назначение ВТМО состоит в том, чтобы после горячей деформации и закалки получить пересыщенный твердый раствор с нерекристаллизованной структурой, т. е. с повышенной плотностью несовершенств (границ субзерен, свободных дислокаций). В результате старения сплава с такой структурой возникают повышенные механические свойства. В большинстве случаев оптимальной является полигонизованная матрица закаленного сплава.
При проведении ВТМО должны выполняться минимум три условия:
- получение к концу горячей деформации нерекристаллизованной структуры;
- предотвращение возможной рекристаллизации после окончания горячей деформации;
- достижение необходимой для старения степени пересыщенности твердого раствора.
Если первые два условия не выполнены и закаленный сплав полностью рекристаллизаван, то мы имеем дело не с ВТМО, а с закалкой, проведенной с температуры деформационного нагрева. Такое совмещение операций горячей деформации и нагрева под закалку экономически выгодно, но оно не приводит к улучшению свойств по сравнению с обычной термообработкой, включающей специальный нагрев под закалку.
Получению полигонизованной структуры к моменту окончания горячей деформации способствуют повышение температуры и снижение скорости деформирования, уменьшение степени деформации, приближение схемы деформации к схеме всестороннего сжатия (как при прессовании).
«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков