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 известно, что прессованные полуфабрикаты из сплавов типа дуралюмин, авиаль и др. отличаются значительно более высокой прочностью, чем катаные и кованые. Это явление было названо прессэффектом.
Разница в прочности обусловлена тем, что прессованные полуфабрикаты после закалки имели нерекристаллизованную структуру, а катаные и кованые — рекристаллизованную. Позже оказалось, что горячекатаные листы и штамповки из ряда сплавов после закалки также находятся в нерекристаллизованном состоянии и характеризуются повышенной прочностью.
Вместо терминов пресс-эффект, прокат-эффект и т. п. В. И. Добаткин предложил обобщающий термин структурное упрочнение, под которым понимается повышение прочности термически обработанных полуфабрикатов, обусловленное сохранением после закалки нерекристаллизованной структуры. Свойства сплава в состоянии структурного упрочнения обычно сравнивают со свойствами того же сплава в рекристаллизованном состоянии.
Прирост пределов прочности и текучести вследствие сохранения нерекристаллизованной структуры у стареющих алюминиевых сплавов составляет от 10 до 40%. Этот прирост проявляется уже в свежезакаленном состоянии из-за повышенной плотности несовершенств (дислокаций, связанных в субграницы, и одиночных дислокаций).
Старение нерекристаллизованного сплава дает большее упрочнение, увеличивая разницу в свойствах рекристаллизованного и нерекристаллизованного полуфабриката. Пластичность же выше у сплавов в рекристаллизованном состоянии. Поэтому полуфабрикаты выпускают с рекристаллизованной структурой и повышенной пластичностью, а также и с полигонизованной структурой и повышенной прочностью.
Например, у дуралюминовых прутков Д1Р σв ≥ 38 кгс/мм2 и δ ≥ 14%, а у прутков Д1ПП σв ≥ 43 кгс/мм2и δ ≥ 10%.
Получению нерекристаллизованной структуры во время горячей деформации при ПТМО, как и при ВТМО, способствуют повышение температуры и уменьшение скорости деформирования, снижение степени деформации и приближение схемы деформаций к схеме всестороннего сжатия. В алюминиевых сплавах, как уже отмечалось, интенсивно развивается полигонизация, создающая стабильную сетку субграниц, и поэтому в них легко получить нерекристаллизованную структуру, особенно при прессовании.
Добавки марганца, циркония и других антирекристаллизаторов, образующих дисперсные алюминиды (Al6Mn, AlZr и др.), повышают температуру начала рекристаллизации и способствуют получению нерекристаллизованной структуры при горячей деформации. Особенно важно, что эти добавки, содержащиеся во многих алюминиевых сплавах, способствуют сохранению нерекристаллизованной структуры при последующем нагреве под закалку.
Структурное упрочнение алюминиевых сплавов (ПТМО) давно и широко используется в крупнотоннажном массовом производстве полуфабрикатов и является примером эффективного промышленного применения термомеханической обработки.
«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков