2.1.3. Старение сплавов

Распад пересыщенного твердого раствора, полученного путем закалки, связанный с упрочнением сплава, называют дисперсионным твердением или дисперсионным старением.

В некоторых сплавах, подвергнутых закалке, при комнатной температуре фиксируется состояние пересыщенного твердого раствора (или смеси твердых растворов); при этом сразу после охлаждения упрочнения не наблюдается, основное упрочнение происходит при повторном низкотемпературном нагреве или во время выдержки при комнатной температуре. В результате такой выдержки происходит распад пересыщенного твердого раствора с образованием дисперсных частиц. Такой процесс упрочнения сплавов после закалки называют дисперсионным твердением или дисперсионным старением, а саму ТО – искусственным (происходящим при повышенной температуре) или естественным (при комнатной температуре) старением.

Закалку со старением применяют для получения более высокого уровня механических или физических свойств (твердости, прочности, упругости, коэрцитивной силы, удельного электрического сопротивления и т. д.) по сравнению с отожженным состоянием. В частности, закалка и старение широко используются при упрочнении мартенситно-стареющих сталей, высокопрочных алюминиевых сплавов, пружинных бронз и других дисперсионно-твердеющих сплавов.

2.2. Термомеханическая обработка

Термомеханическая обработка (ТМО) заключается в сочетании пластической деформации при повышенной температуре с последующим быстрым охлаждением – закалкой. После этого изделие подвергают низкому отпуску при температуре 100–300С.

Различают два основных способа ТМО:

• высокотемпературную ТМО (ВТМО);

• низкотемпературную ТМО (НТМО).

При НТМО сталь деформируют в температурной зоне существования переохлажденного аустенита при температуре 400–600С, со степенью деформации 75–95%; после этого немедленно производится закалка и низкий отпуск.

При ВТМО сталь деформируют при температуре выше линии А₃ со степенью деформации 20–50%; затем немедленно следует закалка и низкий отпуск.

Сравнительные данные по механическим свойствам приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Сравнительные данные по механическим свойствам

Вид обработки	σв, МПа	σт, МПа	, %	, %
НТМО	2400–3000	2000–2400	5–8	15–30
ВТМО	2100–2700	1900–2200	7–9	25–40
ТО (закалка + высокий отпуск)	1400	1100	2	3

ТМО резко повышает как прочностные, так и пластические свойства по сравнению с традиционной ТО, что позволяет значительно уменьшить массу машин и механизмов (однако детали, подвергнутые ТМО, нельзя сваривать, так как нагрев при сварке приводит к разупрочнению материала).

Разновидностью ТМО является механотермическая обработка (МТО), которая производится путем закалки на мартенсит с последующей пластической деформацией. Частным случаем МТО является патентирование, широко используемое при производстве высокопрочных стальных лент и проволоки, в том числе канатной.

При патентировании сначала путем специального отжига с повышенной скоростью охлаждения получают структуру троостита, а затем проводят интенсивную холодную пластическую деформацию. Именно таким образом получают сверхпрочную проволоку диаметром порядка 0,1 мм, имеющую предел прочности до 5000 МПа – это почти ¹/₃ теоретической прочности стали. Такую проволоку используют при изготовлении сверхпрочных канатов, а также в качестве корда для автотракторных покрышек.