Файл: Термопластическое упрочнение конструкционных сталей, работающих при низких температурах..pdf

энергоемкости металла с учетом неоднородности поглощения энергии при механическом нагружении

мавший участие в пластическом деформировании и разруше­ нии металла; Ук— критический объем испытания; Vp — пре­ дельный объем разрушения; п — переменный параметр, за­ висящий от исходного состояния материала, вида нагруже­ ния и условий деформирования; Ср — удельная теплоемкость; Ти— заданная температура; Ts— температура плавления; йпл — скрытая теплота плавления.

Из уравнения общей энергоемкости следует, что реальная прочность металлов может быть повышена при увеличении предельной энергоемкости металла F, а также путем повы­ шения оптимальной однородности поглощения энергии при заданных условиях нагружения, т. е. при максимально воз­ можных значениях суммарного рабочего объема Va, прини­ мающего участие в пластическом деформировании и разру­ шении металла, и параметра /г, зависящего от плотности дис­ локаций. При этом п всегда меньше единицы и приближается к ней при р= 0 (идеальный кристалл) или р = р крит, когда искажение кристаллической решетки достигает критической величины. Однако энергоемкость металла возрастает лишь до некоторой величины искажения кристаллической решетки.

Все рассмотренные ранее факторы увеличивают парамет­ ры Vs и п и объем металла, участвующие в поглощении энер­ гии при механическом нагружении и повышении энергоем­ кости локальных объемов металла [4].

ВИДЫ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Получение материалов с заданным структурным состоя­ нием и определенными механическими и физическими свой­ ствами требует определенной термомеханической обработки,

9.

Таблица 5

Классификация видов термомеханической обработки [8]

отличающихся по характеру структурных превращений и по­ следовательности операций. Имеется много вариантов термомеханической обработки. В литературе встречается несколько значительно различающихся классификаций ТМО

[4, 5, 8].

Так, по А. П. Гуляеву [8], в зависимости от формирова­ ния структуры сплава и превращений в твердом состоянии при нагреве и охлаждении ТМО разделяется на два класса: А — ТМО металлов и сплавов, испытывающих полиморфные превращения, Б — ТМО сплавов, не испытывающих полиморф­ ные превращения, но имеющих растворимые избыточные фазы (табл. 1). Схема последовательности проведения плас­ тической деформации и термической обработки класса А, по А. П. Гуляеву, показана на рис. 1.

10

Предварительная термомеханическая обработка (ПТМО) — это такая обработка, при которой холодная пластическая де­ формация предшествует термической обработке и может быть отделена от последней любым промежутком времени. Последнее обстоятельство определяет высокую технологич­ ность ПТМО при производстве деталей из холоднодеформированных металлургических полуфабрикатов [9].

В отличие от других видов ТМО, при которых холодный наклеп также предшествует окончательной термической об­ работке, при ПТМО холодной деформации подвергается ма­ териал со структурой феррито-карбидной смеси той или иной степени дисперсности.

Упрочнение, получаемое при ПТМО, складывается из уп­ рочнения при наклепе и при последующей термической обра­ ботке. Следовательно, режим последующей термической об­ работки при ПТМО следует выбирать так, чтобы максимально сохранить изменения, вызванные холодным наклепом, а из­ менения наклепанной структуры производить самым опти­ мальным образом.

При холодной деформации феррито-карбидной смеси про­ исходят существенные изменения феррита и тонкого строения

претерпевают изменений. Поэтому упрочнение стали со струк­ турой глобулярного цементита аналогично упрочнению безуглеродистого железа. В случае деформации стали со струк­ турой пластинчатого цементита цементитные пластины слу-

П

Рис. 2. Классификация видов термомеханической обработки [5].

Классы: I — деформация до термической обработки; I I — деформация в процессе тер­ мической обработки: а — выше порога рекристаллизации, б — ниже порога рекристал­ лизации, в — выше и ниже порога рекристаллизации; III — деформация после терми­ ческой обработки; IV — деформация до и после.термической обработки.

жат источниками зарождения новых дислокаций. В резуль­ тате образуется крайне дисперсная блочная структура в феррите [ 10].

Следовательно, холодная пластическая деформация отож­ женной, нормализованной или улучшенной стали вызывает глубокие изменения в ее структуре и тонком строении. Если при последующей закалке эти изменения в той или иной ме­ ре сохранятся, то окончательная мартенситная структура при закалке недеформированной стали вызовет соответствующие изменения механических свойств.

Высокотемпературная термомеханическая обработка

(ВТМО) заключается в деформации материала в состоянии стабильного аустенита с последующим закалочным охлажде­

12

нием. При пластической деформации аустенита возникает на­ клеп, обусловливающий повышенную плотность несовер­ шенств, в том числе дислокаций, с соответствующим их рас­ пределением. Последующая закалка фиксирует те структур­ ные изменения, которые возникли в аустените в процессе наклепа. Упрочнение, обусловленное наклепом, совместно с упрочнением, возникающим в результате закалки, превыша­

придерживаться оптимальной степени деформации, соответ­ ствующего временного интервала от конца пластической де­ формации и начала интенсивного охлаждения, а также опти­ мальной температуры деформации.

По данным работы [1], с увеличением степени деформа­ ции плотность дефектов кристаллической решетки возраста­ ет. Оптимальные эффекты ВТМО достигаются при деформа­ циях от 20 до 50% (когда деформация осуществляется прокаткой). Если после деформации закалка следует немед­ ленно, процессы рекристаллизации аустенита не успевают со­ вершиться, и в результате ВТМО получается более высокая прочность. При значительном отставании охлаждения от де­ формации, согласно кинетике роста зерна аустенита, после пластической деформации происходит рекристаллизация. Это

ВТМО Ст. 3 для обеспечения нормального упрочнения закал­ ка после деформации должна следовать не позднее 8—10 с.

При ВТМО температура деформации должна быть выбра­ на с определенным запасом над точкой Лс3. Когда этот запас слишком большой, после прекращения деформации рекрис­ таллизация происходит с очень большой скоростью, что мо­ жет снизить эффект упрочнения даже при соблюдении паузы между деформацией и закалкой. Малый температурный за­ пас может не обеспечить стабильности аустенитной структу­ ры материала по объему. По данным работы [11], для Ст. 3 этот запас должен быть в пределах 150° С.

Низкотемпературная термомеханическая обработка

(НТМО) представляет собой 1С0вмещение ступенчатой закал­ ки, по Д. К. Чернову, с деформацией аустенита на ступени изотермической выдержки. Значительное повышение прочно­ сти после НТМО по сравнению с обычной термической обра­ боткой обусловливается особенностью воздействия пластиче­ ской деформации на тонкую структуру аустенита и соответ­ ственно мартенсита. Деформация аустенита вызывает дробление зерна, образование дислокационной структуры. Плотность дислокаций тем выше, чем больше степень и ниже температура деформации. Атомы углерода и других примес­ ных элементов, а также в некоторой мере легирующих элемен­

13