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 скорость деформирования без появления поверхностных трещин тем ниже, чем выше температура. Если требуется значительно повысить температуру горячей деформации до температур нагрева под закалку, то приходится снижать скорость деформирования, и производительность оборудования падает.
В сплаве с нерекристаллизованной структурой распад переохлажденного раствора может идти значительно быстрее, чем в рекристаллизованном сплаве (смотрите рисунок С-кривые начала распада). Если такой сплав обладает невысокой прокаливаемостью, то в условиях ВТМО она оказывается еще ниже и может не обеспечить сквозную закалку.
При высокой склонности сплава к рекристаллизации трудно создать к моменту окончания деформации нерекристаллизаванную структуру и сохранить ее в период между окончанием деформирования и достижением при охлаждении температуры tнр.
ВТМО используют для повышения прочностных свойств сплава по сравнению со свойствами того же сплава с рекристаллизованной структурой. Прочность при ВТМО растет в результате общего повышения плотности несовершенств уже в закаленном состоянии и более равномерного распада пересыщенного раствора по телу зерен при старении (упрочняющая фаза выделяется по границам субзерен и на одиночных дислокациях внутри них).
Более равномерный распад раствора и характерная для многих сплавов измельченность зерен и искривленность их границ обусловливают высокий уровень пластичности после ВТМО. В отличие от НТМО, заметно снижающей пластичность, дополнительное упрочнение от ВТМО достигается при практически неизменном уровне пластичности. У алюминиевых сплавов ВТМО может даже повысить пластичность и ударную вязкость.
Микроструктура титанового β-сплава
Микроструктура титанового β-сплава (ВТ15) после обычной
закалки (а) и после ВТМО (б). Х 300
(С. Г. Глазунов, И. С. Лолькич).
Упрочнение от ВТМО сохраняется до более высоких температур, чем после НТМО. Повышенная жаропрочность сплавов после ВТМО связана с зубчатостью границ зерен, затрудняющей межзеренное разрушение, и наличием субзеренных границ, закрепленных частицами выделений.
ВТМО нашла в промышленности некоторое применение для повышения жаропрочности изделий из дисперсионно твердеющих аустенитных сталей, никелевых и титановых сплавов, предназначенных для работы при сравнительно невысоких температурах. При высоких рабочих температурах BTMO может дать худшие результаты, чем обычная термообработка. Например, у нимоника ХН77ТЮР (ЭИ437Б) при 550 °С после закалки и старения σ100 = 80 кгс/мм2, а после ВТМО она составляет 92 кгс/мм2.
При 750 °С картина обратная: после закалки и старения о100 = 30 кгс/мм2, а после ВТМО она равна 27 кгс/мм2.
В результате ВТМО титанового сплава BT6 по режиму деформация при 970 °С закалка в воду старение при 570 °С, 2 ч предел прочности при комнатной температуре возрастает на 20 — 40 кгс/мм2 при сохранении того же уровня пластичности и ударной вязкости, что и после закалки со старением. При 460 °С дополнительное упрочнение от ВТМО все еще проявляется.
Из алюминиевых сплавов только сплавы на базе систем Al — Mg — Si (АД31) и Al — Zn — Mg (1915 и 1925) широко подвергают ВТМО. Алюминий характеризуется высокой энергией дефектов упаковки, и полигонизация в нем проходит очень легко. При прессовании алюминиевых сплавов, как правило, формируется весьма стабильная полигонизованная структура, и поэтому никаких специальных мер для ее получения и сохранения при ВТМО принимать не приходится.
Указанные алюминиевые сплавы характеризуются широким интервалом температур нагрева под закалку (от 350 до 500 °С для сплавов на базе системы Al — Zn — Mg) и обладают очень высокой прокаливаемостью (смотрите рисунок С-кривые начала распада). Все это предопределяет простоту технологии ВТМО. При прессовании тонкостенных профилей (толщиной до 12 мм) охлаждение на воздухе обеспечивает сквозную прокаливаемость. При большей толщине профилей из сплавов АД31 и 1915 их охлаждают водой прямо на прессе.
ВТМО стареющих сплавов в промышленности применяют значительно реже, чем НТМО, из-за указанных выше технологических ограничений и меньшего эффекта упрочнения.
Для освоения в производстве рекомендован процесс, включающий комбинацию ВТМО и НТМО, — так называемая высоко-низкотемпературная термомеханическая обработка (ВНТМО). При ВНТМО вначале проводят закалку с деформационного нагрева, затем холодную деформацию и старение (смотрите рисунок Схемы термомеханической обработки стареющих сплавов). После ВНТМО прочность получается выше, а пластичность ниже, чем после ВТМО.
«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков