Термомеханическая обработка.

Комбинированное термомеханическое воздействие. Термомеханическая обработка (ТМО) – вид термической обработки, включающий пластическую деформацию, которая оказывает влияние на формирование структуры при фазовых превращениях, протекающих при термической обработке.ТМО относится к числу наи­более эффективных способов повышения сопротивления высоко­прочных сталей хрупкому разрушению так как  позволяет наиболее существенно изменить структуру металла и его тонкое строение.

Термомеханическая обработка состоит в пластическом дефор­мировании аустенита с последующим быстрым охлаждением (закалкой) и низким отпуском. В зависимости от температуры, при которой про­изводится деформация, различают высокотемпературную (ВТМО) и низкотемпературную (НТМО) термомеханическую обработку.

При ВТМО пластическая деформация производится в области ста­бильного аустенита при температуре выше А_с3. (рис. 9.11). Технология ВТМО включает: нагрев металла до аустенитного состояния (на 70-100 °С выше точки А ); охлаждение (подстуживание) заготовок до температуры деформации (800-900 °С); про­катку при заданной температуре со степенью деформации 35-50 %; интенсивное охлаждение (закалка) на мартенсит в воде или других средах, низкотемпературный отпуск (200-300 °С); отделку проката. При НТМО пластическая деформация производится при температурах относительной стабильности аустенита, т. е. при 350-500 °С, выше точки М ,но ниже температуры рекристаллизации со степенью деформации 75-85 %. НТМО, обычно применяется для конструкционных высоколегированных  сталей с широким временным интервалом устойчивости переохлажденного аустенита.Закалку осуществляют сразу после деформации.

Пластическая деформация приводит к дроблению зерен ау­стенита на субзерна и образованию блочной структуры с высокой плотностью дислокаций. Быстрое охлаждение позволяет сохранить мелко­блочную аустенитную структуру до начала мартенситного пре­вращения. Высокая скорость охлаждения особенно важна для ВТМО, так как это предотвращает развитие процесса собиратель­ной рекристаллизации, сопровождающейся ростом зерен.

Чем мельче зерна исходного деформированного аустенита, тем более дисперсной будет структура образующегося мартенсита. Наилучший комплекс механических свойств стали достигается в том случае,если мартенсит наследует тонкое строение деформированного аустени­та с полигонизованной структурой. Углерод при термомеханической обработке выделяется в виде мелкодисперсных карбидов.

По сравнению с обычной термообработкой ТМО повышает прочность стали на 20-30 % при одновременном увеличении пла­стичности и вязкости. Возрастает сопротивление усталости, умень­шается склонность к образованию трещин и порог хладноломкости. Высокая сопротивляемость распространению трещин объясняется меньшим уровнем и более легкой релаксацией пиковых напряжений благодаря повышенной плотности подвижных дислокаций.

Контролируемой прокаткой (КП) называется процесс при котором повышение прочности и хладостойкости достигается в процессе горячего деформирования за счет снижения температуры конца прокатки при интенсивном деформировании (Т< 850-870°C). Рекристаллизация и рост зерна замедляются, особенно в присутствии карбонитридов. При КП обеспечивается:

- формирование структуры из деформированного аустенита до его рекристаллизации.

- получение исходной мелкозернистой структуры аустенита за счет протекания рекристаллизации обработки до начала γ→α превращения.

КП не эффективна при толщине листа 25-30мм, так как нужно обеспечить большую скорость охлаждения.

На Череповецком заводе выпускаются стали с содержанием С=0,14-0,22%, микролегированные Ti,V (марки Ч -33 и Ч-44) с уровнем предела текучести от 325 до430МПа.

Преимуществом ВТМО перед НТМО и контролируемой про­каткой является то, что пластическая деформация проводится при высоких температурах, не требующих больших удельных давлений и более мощного деформирующего оборудования. Высо­кая стабильность аустенита позволяет деформировать сталь не только методом прокатки, но и ковкой и штамповкой. Это суще­ственно расширяет круг деталей, которые могут быть подвергнуты упрочнению путем термомеханической обработки. ВТМО более технологична, ее можно применять для изготовления деталей большого сечения и более сложной конфигурации.

Процессы ВТМО применяют для повышения прочностных и пластических свойств листового и сортового проката из конструк­ционных сталей. Пластическая деформация аустенита осуществ­ляется на прокатных станах.

Длительность прокатки не должна превышать минимальное время устойчивости деформированного аустенита в областях пер­литного и бейнитного превращений. Этим обеспечивается отсут­ствие в стали после закалки немартенситных продуктов превра­щения.

Допустимый интервал обработки для каждой марки стали ус­танавливается на основе термокинетических диаграмм превраще­ний деформированного аустенита. В зависимости от марки стали и величины произведенной деформации интервал обработки ко­леблется от нескольких секунд для углеродистых до десятков и сотен секунд для легированных сталей. В результате ВТМО на конструкционных сталях достигается временное сопротивление 1900-2200 МПа, относительное удли­нение 8-12 %, ударная вязкость 50-90 Дж/см², значительно может быть повышена циклическая прочность и другие характеристики металла.