Термомеханическая обработка стали

Термомеханическая обработка (ТМО) стали заключается в сочетании пластической деформации стали в аустенитном состоянии с после­дующей закалкой. В зависимости от температуры, при которой де­формируют сталь, различают высокотемпературную (ВТМО) и низко­температурную (НТМО) термомеханическую обработку.

При ВТМО сталь нагревают до температуры выше Асъ, пластически деформируют при этой температуре и закаливают. Степень деформации составляет 20...30 %. Закалка следует немедленно после деформа­ции во избежание развития рекристаллизации. Схема процесса при­ведена на рис. 3.13, а.

При НТМО сталь нагревают до температур выше Acv выдержива­ют при этой температуре, охлаждают до температуры выше точки Мн (400...600 °С), но ниже температуры рекристаллизации, при этой тем­пературе осуществляют обработку давлением (степень деформации 75...95 %), а затем сразу же производят закалку и низкотемператур­ный отпуск (рис. 3.13, б),

Рис. 3.13. Схемы режимов термомеханической обработки и структуры стали: а -высокотемпературного; б -низкотемпературного

ВТМО можно подвергать любые стали, а НТМО - только стали с повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита, т. е. леги­рованные. С помощью ТМО удается повысить предел прочности и пластичность стали по сравнению с обычной закалкой и отпуском. В табл. 3.3 приведены усредненные механические свойства сталей по­сле различных видов обработки.

Таблица 3.3 Влияние вида обработки на механические свойства сталей

Повышение прочности в процессе ТМО по сравнению с обычной закалкой объясняется предварительным наклепом аустенита, в кото­ром в результате деформации создается повышенная плотность дисло­каций, наследуемая образующимся при закалке мартенситом. Такое структурное состояние обеспечивает протекание пластической релак­сации локальных напряжений, вызванных повышенной плотностью дислокаций. Как следствие, образующийся при отпуске мартенсит, не­смотря на более высокую по сравнению с обычной термической обра­боткой плотность дислокаций, имеет меньший уровень остаточных на­пряжений. Это обеспечивает более высокие значения как прочности, так и ударной вязкости и пластичности одновременно.

Более высокая прочность стали после НТМО по сравнению с ВТМО объясняется тем, что при высоких температурах, по-видимому, про­исходит частичная рекристаллизация стали. Однако после ВТМО сильнее повышаются пластичность и ударная вязкость.

В настоящее время более широко используется ВТМО, так как она обеспечивает высокие характеристики прочности (наряду с высокой пластичностью и ударной вязкостью стали) и для ее осуществления требуется меньше энергии в связи с меньшей степенью деформации. ВТМО осуществляют в цехах прокатного производства на металлур­гических заводах для упрочнения прутков нефтенасосных штанг, рес­сорных полос, труб и пружин.