Явление наследования упрочнения - Термомеханическая обработка - Химико-термическая и термомеханическая обработки - Теория термической обработки металлов

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…