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 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

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…