Сл.1. Сл.2. Термомеханическая обработка

Пластическая деформация изменяет характер распределения и увеличивает плотность несовершенств кристаллического строения — дислокаций, вакансий, дефектов упаковки, мало- и высокоугловых границ. Так как дефекты кристаллической решетки сильно влияют на формирование структуры сплавов при фазовых превращениях, то пластическую деформацию перед фазовыми превращениями или в период их развития можно использовать для создания оптимальной структуры термически обработанного сплава.

Термомеханическая обработка (ТМО) – это термическая обработка, включающая пластическую деформацию, которая благодаря повышенной плотности дефектов влияет на формирование структуры при фазовых превращениях, происходящих во время термического воздействия.

Следовательно, к ТМО нельзя относить любое сочетание операций деформирования, нагрева и охлаждения. Например, если пластическая деформация проводится после всех операций термообработки, то мы имеем дело не с ТМО, а с обычной термообработкой и последующей обработкой давлением. Такая пластическая деформация, например холодная прокатка после старения, может создать наклеп, повысить прочностные свойства, но она не влияет на формирование структуры при фазовых превращениях, так как эти превращения прошли до деформации.

Если пластическая деформация была проведена до термообработки, но не оказала определяющего влияния на формирование окончательной структуры сплава при фазовых превращениях, то такое сочетание пластической деформации и последующей термообработки также нельзя относить к ТМО. Например, холодная прокатка с последующим нагревом под закалку, при котором проходит рекристаллизация, не являются составными частями ТМО, так как рекристаллизованная структура характеризуется низкой плотностью несовершенств кристаллического строения.

Процессы пластической деформации и термической обработки при ТМО могут быть совмещены в одной технологической операции, но могут проводиться и в разное время, например с разрывом в несколько суток. Важно лишь, чтобы при этом фазовые превращения проходили в условиях повышенной плотности дефектов решетки, созданных пластической деформацией.

В настоящее время в промышленности используют и опробуют разнообразные схемы ТМО, включающие горячую и (или) холодную пластическую деформацию, которая оказывает определяющее влияние на формирование структуры сплава при старении, при перлитных, бейнитных и мартенситных превращениях.

Прежде чем приступать к анализу изменений структуры и свойств металла при ТМО, необходимо рассмотреть, как формируется структура при горячей обработке давлением.

Сл.3. Изменение структуры металла при горячей обработке давлением

На протяжении десятилетий принято было считать, что в процессе горячей обработки давлением всегда протекает рекристаллизация. Именно в этом видели основное отличие горячей обработки от холодной. Начатые в 60-х годах подробные исследования механизма горячей пластической деформации выявили ошибочность указанного утверждения. Оказалось, что истинная структура, формирующаяся непосредственно в процессе горячей деформации, часто сильно искажена рекристаллизацией, проходящей во время охлаждения металла с температуры окончания горячей деформации. Очень быстрое охлаждение образца в момент прерывания горячей деформации помогает выявить структуру, сформировавшуюся к этому моменту. Так как сопротивление деформированию реагирует на структурные изменения, то ценную информацию о сущности процессов, происходящих при горячей деформации, можно также получить, анализируя форму кривых истинное напряжение S – истинная деформация е (рис. 179). Такие кривые обычно получают испытаниями на горячее кручение или сжатие.

Рис. 179. Зависимость истинного напряжения S от истинной деформации е (цифры на кривых – скорости деформации, с^-1): а – армко-железо, 700° С, б – сталь с 0,25%С, 1100°С

Истинная скорость деформации (е) при горячей обработке давлением находится в интервале 10^-2 –10³ с^-1. Она определяется видом обработки и применяемым оборудованием. Например, при прессовании эта скорость минимальна (порядка 10^-2 –10⁰ с^-1), а при ковке на молоте максимальна (порядка 10¹–10³ с^-1). Так как сопротивление деформированию сильно зависит от скорости деформации, то графики S–е строят для разных скоростей (см. рис. 179).

В каждом реальном цикле горячей обработки давлением температура металла изменяется сложным образом. Она может повышаться из-за адиабатического разогрева и понижаться из-за отдачи тепла более холодному инструменту и в окружающую среду. Для упрощения анализа лабораторные испытания с построением графиков S– е проводят в условиях, близких к изотермическим.

Сл.4.СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВО ВРЕМЯ ГОРЯЧЕЙ ДЕФОРМАЦИИ

На начальных этапах горячей деформации всегда происходит деформационное упрочнение, связанное с повышением плотности дислокаций. Восстановительными, разупрочняющими процессами, уменьшающими плотность дислокаций во время горячей деформации, могут быть только возврат или возврат и рекристаллизация.

Процессы разупрочнения во время горячей деформации аналогичны процессам разупрочнения при отжиге после холодной деформации: при возврате плотность дислокаций уменьшается в результате переползания и поперечного скольжения с выстраиванием дислокаций в стенки (полигонизация), а при рекристаллизации – в результате «выметания» дислокаций мигрирующими высокоугловыми границами. Восстановительные процессы, идущие во время деформации, имеют и свои особенности, рассмотренные ниже. В связи с этим были введены термины динамический возврат (в том числе динамическая полигонизация) и динамическая рекристаллизация в отличие от статического возврата и статической рекристаллизации, которые идут при отжиге после холодной деформации или по окончании горячей деформации (во время последеформационной выдержки и охлаждения).