|
Низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО) заключается в интенсивной пластической деформации стали в температурном интервале устойчивого аустенитного состояния. Процесс состоит в нагреве до 900 - 1000 С, быстром охлаждении до 450 - 550 °С, многократном пластическом деформировании при этой температуре с большой степенью деформации (до 90%), закалке на мартенсит и отпуске при 250 - 400 С.
Низкотемпературной термомеханической обработке поддаются стали примерно следующего состава: 0.4-0,6% С; 1-1,5% Ni; 0,7-1,5% Мл; 1-1,5% Si; 1-3% Сг и 0.5-1,5% Мо, обладающие указанным интервалом устойчивого состояния аустенита. НТМО вызывает значительное увеличение прочности (предел прочности при растяжении 3200 - 3500 МПа, предел текучести 2800-3000 МПа при удлинении 8 - 12%). Это примерно в 2 раза выше показателей прочности лучших современных легированных сталей НТМО резко повышает сопротивление усталости.
Обязательной предпосылкой получения сверхпрочных сталей является повышенное качество исходного материала. Стали плавят в электропечах под вакуумом и подвергают многократному электрошлаковому или электронно-лучевому переплаву. Разливку стали также производят под вакуумом.
Увеличение прочности при НТМО обусловливается главным образом высокой степенью нарушения кристаллической структуры в результате полупластической деформации, сопровождающейся измельчением кристаллических блоков (в 4 - 5 раз по сравнению с размерами блоков при обычной термообработке). После НТМО детали нельзя подвергать действию высоких температур, так как при нагреве сталь теряет приобретенную прочность. Это исключает возможность сварки деталей, подвергнутых НТМО.
Процесс применим для проката и деталей простой формы. Обработка деталей сложной конфигурации не дает полноценных результатов из-за невозможности обеспечить одинаковую степень деформации и однородные свойства металла во всей детали. Другим недостатком является увеличение усилий, необходимых для деформирования материала в полупластическом состоянии.
Последнего недостатка лишена высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО). При этом способе материал деформируют в интервале 800 - 900 "С при степени деформации 20-30%, после чего подвергают закалке на мартенсит и отпуску. Иногда производят изотермическую закалку на бейнит.
При ВТМО предел прочности повышается до (2,2-2,8) 103 МПа, что в 1,5-2 раза больше прочности при раздельной обработке давлением и термообработке. Кроме того, увеличиваются пластичность и ударная вязкость, уменьшается чувствительность стали к концентрации напряжений.
Упрочнению ВТМО поддаются также обычные среднеуглеродистые стали, хотя эффект упрочнения в этом случае получается меньшим. Так, высокотемпературная термомеханическая обработка повышает предел прочности стали 45 до (1,5-2,0) 103 МПа.
Возможно комбинирование различных методов термомеханической обработки. Сочетание ВТМО и НТМО способствует дополнительному увеличению прочности на 15 - 20% по сравнению с НТМО.
Другой способ упрочнения основан на деформационном старении мартенсита (ДСМ). При этом способе сталь вначале подвергают упрочняющей обработке (закалке и отпуску при 250 - 400°С), деформируют в холодном состоянии при степени деформации 1 - 3 % и подвергают старению в течение 1 - 2 ч при температуре примерно на 100°С ниже температуры отпуска. В процессе старения прочность стали повышается до (2,0 - 2,5) 103 МПа. Отношение предела текучести к пределу прочности становится равным С/О. Вследствие этого деформационно-состаренные стали по пределу текучести, который является основной прочностной характеристикой материала, приближаются к сталям, упрочненным описанными выше более сложными способами.
Для деформирования можно применить любой способ: обжатие, растяжение, кручение, штамповку, прокатывание. Детали сложной конфигурации целесообразно деформировать повышенной нагрузкой такого же вида, что и рабочая нагрузка.
Увеличение прочности при деформационном старении является результатом совместного действия двух факторов: наклепа (увеличение плотности дислокаций) и измельчения блоков мартенсита.
Разновидностью способа является изотермическая закалка на бейнит с последующим деформационным старением. Применяют также сочетание деформационного старения с НТМО и ВТМО.
Широкое применение получил процесс упрочнения, основанный на старении железоникелевого мартенсита. Такому упрочнению поддаются безуглеродистые (<0,01% С) сплавы железа с 18-20% Ni; 7-10% Со и 3 - 5% Мо и с обязательными присадками 0,3-1,5% Ti и 0,1-0,3% А1, которые являются главными упрочняющими элементами. Термообработка этих сплавов заключается в закалке на мартенсит, которая в отличие от закалки обычных сталей не требует высоких скоростей охлаждения и протекает при охлаждении на спокойном воздухе с температуры 800 - 1000 °С (обычно сплавы закаливают с ковочной температуры). В результате закалки образуется мягкий мартенсит (HRC 10 - 15), хорошо поддающийся деформированию в холодном состоянии. Затем материал подвергают старению, выдерживая его в течение почти 3 ч при 450 - 500 "С. После старения предел прочности повышается до 2100 - 2300 МПа , сохраняя высокую пластичность и вязкость. Упрочнение обусловлено преимущественно образованием интерметаллидов типа Ni(Ti, А1) и Ni2(Ti, Al, Mo).
Мартенситостареющие стали обладают превосходными технологическими свойствами. Термообработка этих сталей очень проста и обеспечивает сквозную закалку деталей практически любых сечений и конфигураций. Старение не вызывает коробления изделий и, следовательно, может являться заключительной технологической операцией. Эти сплавы можно обрабатывать горячей пластической деформацией (ковкой, штамповкой, прокатыванием). В закаленном состоянии до старения их можно обрабатывать давлением вхолодную. Механическая обрабатываемость сплавов хорошая; оии поддаются сварке и после закалки, и после старения. Разупрочнение в зоне сварного шва при сварке в состаренном состоянии устраняют повторным старением.
Мартенситостареющие стали коррозиестойкие, поддаются упрочнению наклепом. Азотированием им можно придать высокую поверхностную твердость (HV 1000 - 1200). Вследствие высокой пластичности стали мало чувствительны к концентрации напряжений.
Недостатком мартенситостареющих сплавов является повышенное содержание дефицитных никеля и молибдена. Введением 1,5 - 2% Мп можно получить высокие показатели прочности и вязкости при содержании не более 8-12% Ni.
| 
