Высокотемпературная термомеханическая обработка (втмо) –

Аустенит деформируют в области его термодинамической стабильности, а затем проводят закалку на мартенсит  низкий отпуск.

Технологическая схема ВТМО  1, 2—начало изотермического распада недеформированного и деформированного аустенита соответственно.

В ходе ВТМО осуществляются два конкурирующих процесса – упрочнение и разупрочнение. Соотношение между ними, как и характер формирующейся структуры, зависят от температуры, скорости и степени деформации, а также состава сплава.

В процессе ВТМО стали чаще всего деформируют в интервале 1250-1000⁰С. При специальных видах прокатки (контролируемая прокатка) деформация может осуществляться и при более низких температурах.

Истинная скорость деформации зависит от способа деформирования (прокатки, штамповки) и вида применяемого оборудования и может изменяться от 0,01 до 1000с^-1.

Связь между температурой деформации и скоростью описывается с помощью параметра Зинера-Холломона Z, который так же называют температурно-скомпенсированной скоростью деформации:

Z = ^» exp(Q /RT),

где ^» - истинная скорость деформации; Q – энергия активации горячей деформации. R- газовая постоянная

Между напряжениями и скоростью горячей деформации существует два вида зависимости: степенная - Z = A₁ⁿ и экспотенциальная - Z=A₂exp m,

где – А₁, А₂,.

n – показатель упрочнения

m – скоростная чувствительность напряжения течения; n=1/m

Степенная зависимость обычно наблюдается при низких напряжениях. При высоких напряжениях чаще реализуется экспотенциальная зависимость.

Разупрочнение во время горячей деформации происходит за счет возврата и рекристаллизации – динамический возврат и динамическая рекристаллизация. (Понятия для вас хорошо известные).

Отметим только, что на установившейся стадии деформации деформированная субструктура состоит из полностью равноосных субзерен.

Такой эффект может быть объяснен протеканием процессов реполигонизации. В сущности она заключается в рассыпании существующих субграниц и новом их формировании.

При разработке режимов ВТМО необходимо учитывать, что горячая деформация оказывает воздействия на фазовые превращения и структурные изменения при закалке и отпуске.

1. Под действием горячей пластической деформации изменяется устойчивость переохлажденного аустенита. Горячая деформация ускоряет диффузионное превращение, что проявляется в уменьшении инкубационного периода и увеличении скорости распада. Часто наблюдается смещение минимума устойчивости переохлажденного аустенита в область более высоких температур. Это связано с ускорением диффузии углерода и легирующих элементов и облегчением перестройки решетки.

На промежуточное превращение горячая деформация оказывает противоположное действие: инкубационный период возрастает, часто наблюдается снижение верхней границы бейнитного превращения (возможные причины: а) образовавшаяся при деформации субструктура эффективно тормозит мартенситную стадию бейнитного превращения; б) образование сегрегаций углерода на элементах субструктуры, что должно затруднять его перераспределение перед мартенситной стадией.

2. При мартенситном превращении происходит наследование субструктуры деформированного аустенита. При этом ВТМО не только повышает плотность дислокаций, но, как мы уже отмечали, происходит измельчение мартенситных кристаллов. В результате получаем большую однородность размеров пакетов мартенсита по сравнению с недеформированном состоянием.

3. При низкотемпературном отпуске повышенная плотность дислокаций, наследуемая мартенситом, способствует увеличению числа мест зарождения карбидов. Что приводит к образованию более дисперсных и равномерно распределенных частиц карбидной фазы. В легированных сталях более высокая плотность дислокаций и большая дисперсность карбидной фазы может сохраняться при отпуске до высоких температур (500⁰С и более).

Наиболее удобны для ВТМО среднелегированные стали. В малолегированных – из-за сложности подавления процессов разупрочнения как при деформировании, так и при последующем охлаждении.

Аустенизация высоколегированных сталей осуществляется при более высоких температурах, чем последующая деформация. Во время подстуживания могут выделяться мелкодисперсные карбиды и ощутимое обеднение аустенита углеродом и легирующими элементами. Все это снижает комплекс механических свойств при закалке и заключительном отпуске.

ГЛАВНАЯ ЖЕ ЦЕЛЬ ВТМО – ПОВЫШЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТАЛИ.

Увеличивая прочность при ВТМО, можно сохранить показатели пластичности неизменными. По сравнению с обычной закалкой и отпуском при одинаковой прочности ВТМО дает боле высокие показатели пластичности. Кроме того, ВТМО резко ослабляет обратимую и необратимую отпускную хрупкость.

Средние значения мех. свойств после ВТМО малолегированных углеродистых сталей - _в=2200-2600 МПа; ₀₂=1900-2200 МПа; =7-8%; =25-40%.

После ВТМО показатели прочности ниже, а показатели пластичности выше, чем после НТМО.

Важнейшее преимущество ВТМО – это ее способность одновременно повышать характеристики прочности, пластичности сопротивляемость развитию трещины (вязкость разрушения).

После ВТМО сильно снижается температурный порог хладноломкости, причем переход к хрупкому разрушению в случае стали, подвергнутой ВТМО, сопровождается не междузеренным разрушением, а разрушением по телу зерна с сохранением такого характера излома до температур глубокого охлаждения (до —196⁰ С).

Наилучший комплекс мех. свойств после ВТМО получается, если аустенит имеет хорошо развитую полигонизованную структуру. В таком аустените получаются измельченные пакеты и кристаллы мартенсита.

Чтобы получить полигонизованную структуру аустенита степень горячей деформации не должна быть слишком большой, иначе развивается рекристаллизация снижающая упрочнение.

ЭТУ ЗАДАЧУ РЕШАЮТ ПРИМЕНЕНИЕМ ДРОБНОЙ ДЕФОРМАЦИИ С СУМАРНЫМ ОБЖАТИЕМ, РАВНЫМ БОЛЬШОМУ ОБЖАТИЮ ЗА ОДИН ПРОХОД.

Это облегчает деформирование и способствует прохождению динимической полигонизации. После деформации необходима немедленная закалка, чтобы предотвратить статическую рекристаллизацию и сохранить полигонизованную структуру к началу мартенситного превращения.

Недостатки ВТМО следующие:

а)            процессы типа рекристаллизационных, неизбежно происходящие при ВТМО, снижают эффект упрочнения;

б)            в связи с возможной   интенсивной рекристаллизацией за счет внутреннего тепла ВТМО применима лишь для изделий определенной толщины.

В то же время ВТМО имеет и ряд преимуществ:

а)            устраняет отпускную хрупкость;

б)            одновременно с упрочнением определяет существенное (и большее, чем после НТМО) повышение свойств пластичности; вернее, в связи с увеличением пластичности удается реализовать высокую прочность закаленной стали после низкого отпуска,

в)            не требует специального термического и, главное, деформирующего оборудования, так как обработка может быть осуществлена в процессе нормального технологического цикла горячего деформирования (прокатка, штамповка и т. п.),

г) определяет повышение механических свойств  углеродистых, низко- и среднелегированных сталей.

Но необходимо отметить, что ВТМО — более технологичная схема обработки, чем НТМО, и ее можно без больших трудностей использовать для получения лучшего сочетания высоких значений прочности и пластичности широко применяемых машиностроительных сталей