Втмо используют для повышения прочностных свойств сплава по сравнению со свойствами того же сплава после рекристаллизации.

Прочность при ВТМО растет в результате общего повышения плотности несовершенств уже в закаленном состоянии и более равномерного распада пересыщенного твердого раствора по телу зерна при старении (упрочняющая структура выделяется по границам субзерен и на одиночных дислокациях внутри них).

К тому же, более равномерный распад, характерная для многих сплавов измельченность зерен и искривленность их границ обеспечивают высокий уровень пластичности после ВТМО.

Если НТМО значительно снижает пластичность, то дополнительное упрочнение от ВТМО достигается при практически неизменном уровне пластичности. Мало того, у алюминиевых сплавов ВТМО может повысить пластичность и ударную вязкость.

ВТМО широко применяется для титановых (+)-сплавов.

(Эффективность применения схем ТМО зависит от фазового состава сплавов).

Предварительная термомеханическая обработка (ПТМО) – сущность ПТМО - полуфабрикат , полученный после горячей деформации в нерекристллизованном состоянии, сохраняет нерекристаллизованную структуру и при нагреве под закалку.

ПТМО и ВТМО отличаются тем, в первом случае операции деформации и нагрева под закалку разделены (рис. 11.106).

Широко применяется в технологии производства полуфабрикатов алюминиевых сплавов. Прессованные полуфабрикаты из сплавов типа авиаль, дуралюмин др. отличаются значительно более высокой прочностью, чем катанные и кованные. Это явление было названо пресс-эффектом.

Разница в прочности была связана с тем, что прессование прутки имели нерекристаллизованную структуру, а катанные и кованные – рекристаллизованную.

Термин пресс-эффект по предложению В.И Добаткина (ВИЛС) был заменен термином структурное упрочнение – повышение прочности термически обработанных полуфабрикатов, обусловленное сохранением нерекристаллизованной структуры.

Свойства сплавов в состоянии структурного упрочнения обычно сравнивают со свойствами того же сплава в рекристаллизованном состоянии. В таких сплавах прирост прочности и предела текучести вследствие сохранения нерекристаллизованной структуры у стареющих алюминиевых сплавов составляет от 10 до 40%. Этот прирост появляется уже в состоянии закалки и при дальнейшем старении еще увеличивается, делая еще более заметной разницу в свойствах рекристаллизованных и нерекристаллизованных полуфабрикатов. Пластичность же выше в рекристаллизованном состоянии.

Поэтому полуфабрикаты выпускают в рекристаллизованном состоянии с повышенными пластическими характеристиками, а также с полигонизованной структурой и повышенной прочностью.

Структурное упрочнение алюминиевых сплавов давно и широко используется в крупнотоннажном массовом производстве полуфабрикатов и является примером эффективного промышленного применения ТМО.

Лекция 2

Термомеханическая обработка сталей

Мы рассмотрели влияние ТМО на структуру дисперсионно твердеющих сплавов. Надо отметить, что первоначально эффект ТМО был открыт и широко применялся для обработки сталей закаливаемых на мартенсит. И в этом случае первоначальной задачей было простое сокращение технологического цикла за счет совмещения нагрева под деформацию с нагревом под закалку. Положительные эффекты были обнаружены позже и привлекли к себе внимание исследователей, которые применили ТМО к стареющим сплавам.

Термомеханическая обработка сталей, закаливаемых на мартенсит

На сдвиговое мартенситное превращение, а именно такое реализуется в сталях, пластическая деформация оказывает двойственное влияние: ускоряет его при малых степенях обжатия и замедляет при больших.

Для упрочнения сталей могут применяться различные комбинации режимов ТМО, например, ВТМО с НТМО, ВТМО с деформационным старением мартенсита.

ТМО чаще всего является окончательной операцией при изготовлении деталей. Но она может использоваться и как предварительная операция, которая обеспечивает создание благоприятной структуры при проведении окончательной термической обработки, включающей закалку на мартенсит и отпуск.

Рис.11.107.

Давайте вспомним еще раз, как осуществляется деформация и каков ее механизм.

В поликристаллах уже при небольших скоростях деформации (1-5%) в каждом зерне действует несколько систем скольжения. Дислокации, перемещаясь в своих плоскостях скольжения, скапливаются у препятствий. Такими препятствиями могут служить включения, частицы другой фазы, границы зерен, места пересечения дислокаций разных систем скольжения.

Дальнейшее движение дислокации могут осуществлять, лишь покидая плоскости скольжения путем поперечного скольжения. Выходя из своих плоскостей скольжения, они взаимодействуют между собой, образуя дислокационные сплетения (клубки).

С увеличением степени деформации и ростом плотности дислокаций их сплетения постепенно трансформируются в стенки ячеек, и возникает ячеистая структура. Чем ниже энергия дефектов упаковки, тем при больших степенях деформации появляется ячеистая структура.

В зависимости от многих факторов (температуры, степени деформации, состава сплава..) средний размер ячеек колеблется в пределах 0,2-3,0 мкм, а угол разориентировки между соседними ячейками изменяется от нескольких угловых минут до нескольких градусов.

Особенность ячеистой структуры заключается в том, что с увеличением степени деформации они уменьшаются до некоторого предела. Значительное изменение наблюдается при небольших скоростях деформации.

При средних или больших деформациях, в основном, происходит рост плотности дислокаций и увеличение углов разориентировки между ячейками (особенности структурных изменений при образовании деформационных полос и полос сдвига, а также при двойниковании мы не рассматриваем).

Если в случае пластической деформации при низких температурах основное влияние на перестройку структуры оказывает поперечное скольжение дислокаций (их винтовых компонент), то при высоких температурах, когда процессы самодиффузии получают широкое распространение, определяющую роль играет переползание дислокаций (их краевых компонент).

Высокотемпературная деформация обеспечивает образование субзеренной структуры. Наряду с этим во время деформирования может происходить миграция высокоугловых границ (массоперенос), а также проскальзывание по границам зерен (зернограничное проскальзывание).