Термомеханическая обработка

Одним из путей получения высокопрочных сталей является термомеханическая обработка. При этом пластической деформации может подвергаться как стабильный аустенит при температурах выше А3 (высокотемпературная термо – механическая обработка – ВТМО), так и метастабильный аустенит (низкотемпературная термомеханическая обработка НТМО - аусформинг).

Легирование высокопрочных сталей, обрабатываемых путем НТМО, должно обеспечить область температур достаточной устойчивости переохлажденного аустенита для проведения деформации аустенита без начала его распада на феррито – карбидную смесь. Кроме того, легирование стали должно также обеспечить достаточную прокаливаемость изделий в разных сечениях. Область высокой устойчивости метастабильного аустенита должна быть достаточно широкой и по температуре, так как деформация всегда осуществляется в некотором интервале температур (обычно 550 – 650 оС). Для получения высокой прочности степень деформации при НТМО должна составлять 60 – 75 %.

Прирост прочностных свойств тем больше, чем выше степень деформации и ниже ее температура. Пластичность стали достигает наиболее высоких значений лишь при температуре деформации выше 500 – 550 оС.

Углерод в стали, подвергнутой НТМО, повышает временное сопротивление и предел текучести и понижает пластичность. После степени деформации ~ 90 % в стали с 3,0 % Cr прирост временного сопротивления и предела текучести при НТМО составляет около 550 МПа и приблизительно постоянен во всем интервале концентраций.

Причиной упрочнения стали при НТМО является измельчение мартенситных пластин, выделение дисперсных карбидов из аустенита при деформации, которые закрепляют дислокации, высокая плотность дислокаций в мартенсите, унаследованная из деформированного аустенита и др.

Как правило, легированный аустенит при температурах деформирования 550 – 650 оС обладает большой устойчивостью, в нем не происходит рекристаллизации, а возврат развивается в очень малой степени.

Низкотемпературной термомеханической обработке можно подвергать практически все легированные конструкционные стали с достаточной степенью устойчивости переохлажденного аустенита. Благоприятно легирование стали кремнием, а также молибденом, которые повышают устойчивость аустенита к возврату после деформации, кроме того кремний способствует сохранению прочностных свойств при отпуске. Легирование никелем повышает ударную вязкость стали после НТМО. Содержание углерода в стали, обработанной путем НТМО, может быть понижено (если при этом обеспечивается необходимый уровень прочности) для повышения пластичности и вязкости. Стали, обработанные НТМО, обладают большей устойчивостью при отпуске по сравнению с обычными закаленными сталями.

Для сталей, подвергнутых НТМО, характерна повышенная усталостная стойкость.

Основным недостатком сталей, упрочненных НТМО, являются пониженные значения вязкости разрушения, большая чувствительность к концентраторам напряжений. Имеется и ряд технологических трудностей осуществления НТМО: большие усилия деформации, интенсивный износ оборудования и др., это ограничивает возможности применения данного способа.

Значительно более высоких значений конструктивной прочности (высокие значения прочностных свойств и вязкости разрушения) можно достичь при высокотемпературной термомеханической обработке (ВТМО). В случае оптимального режима ВТМО в сталях повышается ударная вязкость, понижается порог хладноломкости, растет сопротивление усталостному разрушению, понижается чувствительность к концентраторам напряжений, растут характеристики вязкости разрушения.

Комплекс механических свойств, получаемый при ВТМО, зависит от соотношения процессов упрочнения (горячий наклеп) и разупрочнения (динамический возврат (динамическая полигонизация) и динамическая рекристаллизация) при горячей деформации стали и последеформационной выдержки. Высокий комплекс механических свойств при ВТМО получается при развитии в процессе горячей деформации динамической полигонизации (динамического возврата) с формированием наиболее развитой субструктуры в аустените, а затем в мартенсите. При развитии динамической рекристаллизации значительного разупрочнения стали не происходит, так как вследствие продолжения пластической деформации рекристаллизованные зерна снова упрочняются. Прочностные свойства стали при ВТМО растут с увеличением степени деформации и понижением температуры деформирования.

Последеформационные выдержки при ВТМО снижают прочностные свойства стали (sВ и s0,2), при этом статическая пластичность меняется в меньшей степени, чем вязкость разрушения. Для кремнистых сталей 40С2Х и 60С2Х наиболее высокие значения прочностных свойств и вязкости разрушения достигаются при закалке сразу после деформации. В том случае применения больших степеней деформации при ВТМО параметр вязкости разрушения – КIC обнаруживает большую зависимость от последеформационной выдержки. Однако обычно даже после значительных последеформационных выдержек (600 с) кремнистые стали, обработанные ВТМО, сохраняют более высокий комплекс механических свойств, чем после обычной термической обработки (закалка и отпуск).

Структурное состояние, созданное при ВТМО, обладает значительной стабильностью и может сохраняться при повторной термической обработке (закалке и отпуске), при этом сохраняется высокий комплекс механических свойств стали (эффект наследственности).

Легирование высокопрочных сталей, упрочняемых путем ВТМО, а также выбор рациональных режимов их обработки, определяются влиянием легирующих элементов на кинетику упрочнения и разупрочнения стали при горячей пластической деформации и формированием оптимальной структуры при ВТМО. структурные изменения при ВТМО в значительной степени зависят от режима аустенитизации. Большинство легирующих элементов, растворяясь в аустените, понижают энергию дефектов упаковки, тем самым способствуя упрочнению при горячей деформации. Аналогичным образом влияет и углерод. Однако углерод одновременно увеличивает и скорость разупрочнения вследствие ускорения диффузии углерода в g - железе и понижения энергии активации самодиффузии железа с увеличением концентрации углерода.

Значительно снижают скорость разупрочнения при горячей деформации и последеформационной выдержке карбидообразующие элементы: хром, молибден, вольфрам, ванадий и ниобий, что обусловлено замедлением диффузионных процессов. Микролегирование стали РЗМ, а также цирконием и бором, повышает устойчивость созданной при ВТМО субструктуры вследствие адсорбции легирующих элементов по границам зерен и в скоплениях дислокаций.

Интенсивность развития рекристаллизационных процессов снижается с увеличением размера аустенитного зерна. Однако чрезмерно большое аустенитное зерно нежелательно вследствие уменьшения горячей пластичности и увеличения опасности образования трещин при горячей пластической деформации.

Оптимальный интервал температур деформирования (и степени деформации) при ВТМО зависит от уровня легирования, определяющего степень развития горячего наклепа, рекристаллизационных процессов и рост зерна аустенита. Так, для кремнистых сталей (~ 2,0 % Si; 0,4 – 0,7 % C) повышение температуры деформации с 900 до 1000 оС повышает пластичность стали после горячей деформации, закалки и низкого отпуска, в то время как для хромомарганцевых сталей (50ХГ) повышение температуры деформирования до 1000 оС не повышает, а для стали 70 ХГ резко снижает пластичность. Это объясняется тем, что хромомарганцевых сталях повышение температуры деформирования до 1000 оС приводит к интенсивному развитию процесса рекристаллизации и росту зерна, а в кремнистых сталях при этих температурах наблюдаются лишь начальные стадии рекристаллизации, формирующие благоприятную субструктуру.

Аналогичным образом влияет и степень деформации при ВТМО. Если при больших степенях горячей деформации значительное развитие получает динамическая рекристаллизация, то при этом снижается как прочность так и пластичность стали. Для большинства высокопрочных сталей, упрочняемых путем ВТМО, оптимальная степень обжатия при правильно выбранной температуре деформирования составляет 25 – 40 %. При значительном легировании рекристаллизационные процессы могут не происходить даже при больших (75%) степенях деформации (например, для стали 47Х8В4). В этом случае в стали сохраняется горячий наклеп, процесс ВТМО во многом подобен НТМО, с сохранением высокой прочности и пониженной (а иногда и низкой) пластичности.

Процесс ВМТО при обработке высокопрочных сталей применяется для производства рессор, труб, сортового проката (прутки), буровых штанг и т.д.

Одним из способов получения высокопрочного состояния является деформационное старение мартенсита. Закаленная и низкоотпущенная сталь подвергается деформации с небольшой степенью 5 – 10 % и старению. Деформация на изделиях большего сечения может быть осуществлена волочением, однако более предпочтительным видом деформации является – гидроэкструзия – всестороннее сжатие жидкостью высокого давления, повышающая пластичность стали при обработке. В результате гидроэкструзии прирост временного сопротивления и предела текучести может составлять 300 – 500 МПа. Наиболее интенсивно характеристики прочности возрастают до степени деформации 3 – 4 %, а затем практически не увеличиваются.

На стали 30Х2АФ после деформационного старения мартенсита достигается следующий уровень свойств sв = 2100 МПа, d = 8 %, y = 45 %, KCU= 0,4 – 0,5 МДж/м2.

Упрочнение при деформационном старении мартенсита обусловлено увеличением плотности дислокаций и их блокировкой высокодисперсной карбонитридной фазой.

Деформация мартенсита может осуществляться и после НТМО. В этом случае полезным может быть проведение деформации при НТМО с частичным распадом аустенита на нижний бейнит, что повышает пластичность стали. Например, на кремнистой стали 70С2ХА, подвергнутой путем НТМО прокатке на 60 %, со структурой мартенсита, нижнего бейнита и остаточного аустенита, дополнительная деформация на 100 % после отпуска при 200 – 300 оС повышает предел упругости на 300 – 400 МПа. При этом пластичность стали практически не изменяется.

Может быть применена и теплая деформация при температуре 100 – 300 оС мартенсита или отпущенного мартенсита, которая позволяет получить значения предела текучести < 2000МПа.








Дата добавления: 2018-09-24; просмотров: 365;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.01 сек.