Лекция 12

Уровни конструкционной прочности сталей и сплавов.

За счет: тв.р-ра - %С . Но хрупкость, Тхр.

За счет ХПД (АМг6м – АМг6н)

За счет УпрТО:. Закалка + Отпуск (либо Старение)

Высокопрочные стали 1800МПа/ 7,8 = 230, Ал-е В96 700/3 = 230, Ти, Мг.

Мартенситно-стареющие стали (состав, обработка).

Экономно легированные стали мартенситного класса.

Новые границы дает ТМО (в какой-то степени ТЦО, но там в основном другие эффекты)

Лекция 13

Поверхностное упрочнение закалкой с нагревом ТВЧ

Лекция 14

Поверхностное упрочнение ХТО – цементатация

Лекция 15

Поверхностное упрочнение ХТО – азотирование, нитроцентация

Лекция 16

Альтернативные способы поверхностного упрочнения - ОИМП, УЗО

Лекция 17

Основы ТМО:

Хотя, по сути, процессы ТМО применялись и ранее, но исследование, создание теории и новых схем началось в 50-60 е годы 20 века.

По Новикову ТМО – это термическая обработка, включающая пластическую деформацию, которая благодаря повышенной плотности дефектов влияет на формирование структуры при фазовых превращениях, происходящих во время термической обработки. Значит, ПД должна создать оптимальную субструктуру для ТО.

Т.о. ТМО не любое сочетание ТО и ПД – примеры:

1. ХПД после ТО

2. ПД – рекр-й отжиг – ТО

3. ПД – нагрев под закалку медленный (успевает пройти та же рекристаллизация) - ТО

Используются разные виды ТМО, которые подразделяются прежде всего на НТМО (включает ХПД или теплую) и ВТМО(включает ГПД).

ХПД, ТПД и ГПД.

По виду кривых различают (рис.)

Считалось в теории ОМД: при ХПД не проходят разупрочняющие процессы возврата и рекристаллизации, создается субструктура наклепа. При ГПД – успевает полностью пройти рекристаллизация, которая снимает весь наклеп, то есть субструктура, как у отожженного металла.

ТПД – промежуточное положение (возврат или даже частичная рекристаллизация), соответственно субструктура зависит от температуры деформации и скорости.

Эти представления схематичны, не отвечают реальности.

При ХПД практически всегда в той или иной степени успевает проходить возврат (отдых. скорее всего), поэтому-то мы и имеем скоростную зависимость прочности не только при повышенных, но и при нормальной температуре деформации. Значит, и субструктура будет при данной температуре ХПД тем более отличаться от “чисто” наклепаной, чем меньше скорость и выше температура ХПД.

ТПД – вообще неопределенная в отношении температуры деформации и степени разупрочнения и субструктуры.

ГПД также теперь представляется не так просто. Рассмотрим подробнее ГПД.

Кривые упрочнения при ГПД – двух видов. На обеих видны участки “горячего” наклепа, когда сопротивление пластической деформации растет.

Механизмы подобны ХПД – рост плотности дефектов, образование скоплений, но из-за высокой температуры их мгновенная перестройка в сплетения, ячеистую структуру, стенки. Поэтому интенсивность деформационного упрочнения быстро уменьшается и напряжение выходит на стационарный уровень (кривая 1), либо даже после максимума несколько снижается, а потом становится постоянным (кривая 2).

Уменьшение и прекращение упрочнения, временное разупрочнение обусловлены разупрочняющими процессами, которые описываются в тех же понятиях возврата и рекристаллизации, которые однако имеют при ГПД отличительные черты и называются “динамическими”-возвратом и рекристаллизацией, в отличие от статических возврата и рекристаллизации при отжиге после ХПД.

Что мы имеем в процессе ГПД нельзя точно определить на охлажденном металле, так как при охлаждении, например, полосы после горячей прокатки идет статическая рекристаллизация, поэтому и считалось, что при ГПД наклепа нет. Надо резко охлаждать образцы после разных стадий ГПД и по полученной структуре воссоздавать структуру перед охлаждением.

Естественно, при высоких температурах деформации влияние скорости деформации гораздо сильнее. Кроме того, в реальных процессах ГПД температура может изменяться в процессе ОД- увеличиваться из-за адиабатного эффекта, снижаться из-за отдачи тепла инструменту или в воздух. Упрощенно рассматривают в изотермических условиях при конкретной скорости Е..

При не очень высоких температурах и больших скоростях деформации может рекристаллизация не успевать, имеем только динамический возврат.(кривая 1). Установлено, что на стадии горячего наклепа плотность дислокаций возрастает на 3-4 порядка (до р = 10¹⁰ см^-2) – сначала клубки, потом ячеистая структура.

Но затем идет перестройка дислокаций в стенки- динамическая полигонизация (затухание упрочнения). На установившейся стадии постоянны напряжение, плотность дислокаций, размер субзерен и их разориентировка (все – среднее). Скорость генерирования дислокаций равна скорости их аннигиляции. Есть некоторая степень деформации Екр- выход на стационарное течение. Екр- тем больше, чем ниже температура и выше скорость деформации. (Екр. меняется от 0,1 до 0,5).

Субзерна в общем остаются равноосными вплоть до очень больших деформаций, тогда как зерна по мере увеличения степени деформации все более вытягиваются. Сохранение равноосности субзерен объясняют явлением РЕПОЛИГОНИЗАЦИИ – многократной повторной полигонизации, заключающейся в рассыпании субзеренных границ и новом их формировании. Чем выше температура и меньше скорость деформации, тем ниже стационарная плотность дислокаций, крупнее субзерна и соответствено ниже напряжение.

При ХПД возврат не приводит к стадии установившегося течения, плотность дислокаций в стенках ячеек возрастает – здесь нет переползания, только поперечное скольжение (как разупрочняющий механизм). А Реполигонизация возможна только при переползании, которое активно идет при Т более 0,5Тпл.

Здесь - параметр Зинера-Холомона показывает влияние скорости и температуры деформации на стационарное напряжение течения (которое выше Екр уже не зависит от Е).

Как и при дорекристализационном отжиге, у металлов с высокой Э.Д.У. (Al, a-Fe, Mo, W, a –Zr, Be, Zn) динамический возврат идет интенсивнее (легче), приводит к образованию более совершенной субзеренной структуры с большими субзернами, чем у металлов с низкой ЭДУ (при одной гомологической температуре). Если легирование снижает ЭДУ, это приводит к затруднению динамического возврата, повышению на порядок стационарного напряжения.

Динамическая рекристаллизация (ДинРкр-ция) проявляется в падении напряжения течения (на кривой 2). Причем, если скорость деформации низкая, то наблюдается осцилляция около среднего уровня стационарного напряжения. И здесь (кривая 2) вначале горячий наклеп с параллельно идущим динамическим возвратом (до точки 1). Если динамический возврат слабо развит, то с повышением плотности дислокаций создаются условия для формирования центров рекр-ции. Причем механизмы разные для низких и высоких скоростей днформации. Пока мало рекр-х зерен еще может продолжаться рост напряжения (т.2). Потом разупрочнение перекрывает деформационное упрочнение, напряжение падает. Рекр-е зерна с низкой плотностью дислокаций, мягкие постепенно наклепываются снова.Наклеп уменьшает разность в плотности дислокаций по обе стороны мигрирующей границы, скорость роста зерна уменьшается. Многократно чередующиеся циклы динамической рекр-ции и наклепа рекрист-х зерен соответствуют установившейся стадии с постоянным размером зерен. Характерные особенности структуры:

Неоднородность субструктуры по объему металла и зерна. – стадии рекр-ции, возврата, наклепа в разных местах.

Неровность, зубчатость границ – из-за выбрасывания языков при зарождении новых зерен

Появление колоний новых зерен на границах старых.

Равноосность зерен (на стадии возврата они вытянутые)

При сильном развитии динамического возврата критическая плотность дислокаций, необходимая для зарождения центров рекристаллизации, может не достигаться до больших степеней деформации, и вообще не начинается дин-я рекр-ция. Это, например, при прессовании полуфабрикатов из алюминиевых сплавов.

Если степень деформации меньше критической – тоже только динамический возврат.

Влияют легирующие элементы: могут снижать ЭДУ, труднее возврат, быстрее набираются условия для дин-й рекр-ции. Но дисперсные частицы могту тормозить и затруднять рекр-цию. В сталях при достаточных больших степенях деф-ции возникает динам-я рекр-ция. С понижением темп-ры и повышением скорости - критическая степень деф-ции для начала рекр-ции уменьшается. Т.е. при разных условиях могут при ГПД или возврат, или рекр-ция.