Влияние термической и механической обработки

Детали машин и элементы конструкций в процессе изготовления, как правило, подвергаются механической, термической или химико-термической обработке, которая существенно изменяет их механические свойства. Так из углеродистых низколегированных сталей, содержащих 0,4…0,6 % углерода, 0,7…1,5 % никеля, 1…3 % хрома, путем низкотемпературной термомеханической обработки(НТМО) удается получить высокопрочный малопластичный материал с пределом текучести _0,2 на уровне 2800…3000 МПа, пределом прочности _В 3200…3500 МПа и относительным остаточным удлинением  8…12 %. Операция НТМО заключается в нагреве заготовки или детали до температуры 900…1000 С, быстром охлаждении до 450…550 С, многократном пластическом деформировании с большой степенью деформации (до 90 %), закалке на мартенсит и отпуске при 250…400 С. После НТМО противопоказан нагрев, следовательно, детали, прошедшие такую обработку, нельзя соединять с помощью сварки.

Другой технологический режим представляет высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО), в ходе которой пластическое деформирование до 20…30 % осуществляется при температуре 800…900С, затем производится закалка на мартенсит с последующим отпуском, в результате предел прочности _В повышается до 2200…2800 МПа. Применяется также сочетание НТМО и ВТМО.

Многократной механико-термической обработке (ММТО) подвергаются малоуглеродистые стали, после чего на диаграмме деформирования исчезает площадка текучести, происходит наклеп и, как следствие, сближаются предел текучести и предел прочности.

Как уже говорилось (см. подразделы 1.3, 1.4), наложение объемного равноосного сжатия существенно повышает пластичность материала. Этот эффект, позволяющий увеличить ресурс пластичности в несколько раз, иногда на порядок и более, успешно используется при гидростатическом прессовании и гидроэкструзии. Применение этих операций необходимо при производстве изделий из труднодеформируемых материалов, изготовлении деталей сложной конфигурации с глубокой вытяжкой металла, получении тонкостенных труб и профилей высокой точности, а также изделий из композиционных, порошковых и других материалов, для улучшения физико-механических и эксплуатационных свойств обрабатываемого материала.

В табл. 1.4 приведены механические характеристики низколегированной

стали 36ХМ после различных режимов термической обработки(K, m – параметры кривой деформирования, аппроксимированной по Рамбергу–Осгуду; – истинное сопротивление разрыву;   – показатель энергопоглащаемости).

Таблица 1.4 - Изменение характеристик прочности и пластичности стали 35ХМ в связи с режимом термообработки (сталь жаропрочная релаксационностойкая; применение: валы, зубчатые колеса, шпиндели, шпильки, фланцы, диски, покрышки, штоки и другие ответственные детали, работающие в условиях высоких нагрузки скоростей при температуре до 450—500 °С)

Режим термической обработки	0,2	В		K	m		pf	
Нормализация	245	470	34	750	0,18	640	41	110
Закалка с 880 С в масло, затем отпуск при температуре
300°	1390	1570	44	2142	0,05	2084	58	10
500°	1080	1200	54	1474	0,05	1454	78	15
700°	660	730	70	874	0,045	880	120	23

 

Значения  _0,2,  _В, K, приведены в МПа;, p_f– в %; m,  – величины безразмерные.

Закалка с отпуском существенно изменяет свойства данной стали: характеристики прочности возрастают в 3…5 раз, заметно увеличивается пластичность, однако в связи со сближением пределов текучести и прочности снижается, судя по показателю m, упрочнение и, как следствие, энергоемкость материала – практически на порядок.

И, наконец, одним из важнейших факторов, оказывающим значительное влияние на работоспособность элементов конструкций, является концентрация напряжений. Это явление многогранно, связано как с конструктивными особенностями детали, поскольку различного рода геометрические особенности и механические неоднородности закладываются на этапе ее проектирования, так и с деформационными и прочностными свойствами готового изделия, в немалой степени определяемые его термической (либо химико-термической) и механической обработкой. И, наконец, вид напряженно-деформированного состояния около концентратора зависит не только от его геометрических параметров (с остротой концентратора связан, в частности, градиент напряжения), но и от внешней нагрузки. Поэтому данному фактору будет посвящен отдельный раздел нашего пособия.