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 деформация 25% при 950° закалка отпуск при 100 °С равен 250 кгс/мм2. Если такую сталь отпустить при 500 °С в течение 30 мин, а затем закалить с температуры 900 °С с (выдержкой 2 мин и отпустить при 100 °С, то вновь достигается предел прочности около 250 кгс/мм2.

Таким образом, субструктура, созданная при горячей деформации аустенита, один раз наследовалась при γ → α-превращении во время ВТМО, в определенной мере сохранялась при высоком отпуске и еще дважды наследовалась во время перезакалки при α → γ и γ-α-превращениях.

Механизм наследования субструктуры при α → γ-превращении остается невыясненным. Короткая выдержка при повторной закалке предотвращает развитие рекристаллизации аустенита, которая уничтожила бы полигонизованную структуру и соответственно упрочнение от предшествующей ВТМО.

Эффект наследования упрочнения при повторных кратковременных нагревах позволяет расширить область применения ВТМО. Например, на металлургическом заводе сталь можно закалить с прокатного нагрева, после чего подвергнуть ее высокому отпуску, что дает возможность проводить обработку резанием или другую механическую обработку. Полученное изделие после закалки с небольшой выдержкой и низкого отпуска приобретает повышенную прочность, которая как бы была «заложена» в металл при ВТМО.

ВТМО, несмотря на менее сильное упрочнение, имеет неоспоримые преимущества перед НТМО. К ним относятся одновременное повышение прочности и вязкости разрушения, высокая технологичность (для деформирования не требуется специализированного мощного оборудования), применимость не только к легированным сталям с повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита, но и к углеродистым и низколегированным сталям.

Изложенные представления о закономерностях изменения структуры и свойств сталей при ВТМО, базирующиеся на работах М. Л. Бернштейна и других исследователей, показывают, что эта разновидность термомеханической обработки является одним из перспективных путей повышения конструктивной прочности стали.

Предварительная термомеханическая обработка (ПТМО)

ПТМО проводят по схеме холодная пластическая деформация → дорекристаллизационный нагрев → закалка со скоростным нагревом и короткой выдержкой → отпуск.

Перед деформированием исходной является структура ферритокарбидной смеси. Холодная деформация повышает плотность дислокаций, перестройка которых при дорекристаллизационном нагреве создает полигонизованную структуру феррита.

При последующей закалке со скоростным нагревом и короткой выдержкой субструктура наследуется при α → γ и γ → α-превращениях и кристаллы мартенсита получаются фрагментированными. Следовательно, механизм упрочнения при ПТМО тот же, что и механизм получения повышенной прочности при повторной закалке после ВТМО.

Субструктура, полученная горячей деформацией аустенита при ВТМО, более стабильна, чем сформировавшаяся при дорекристаллизационном нагреве после холодной деформации. Поэтому наследование полигонизованной структуры и соответственно наследование упрочнения при повторной закалке после ВТМО более полное, чем в схеме предварительной термомеханической обработки.

ПТМО привлекает простотой технологии. Перерыв между холодной деформацией и нагревом никак не регламентирован. Специализированного оборудования для деформации не требуется. ПТМО с применением кратковременного нагрева под закалку в соляных ваннах или ТВЧ может оказаться эффективным способом упрочнения холоднокатаных листов и тонкостенных труб.

«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…

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…