Специальное предложение

Термомеханическая обработка металла: совмещение технологий


9 Сентября 2011

Ясным представляется то, что достижения металлургического производства определяют успехи машиностроения, строительства и прочих отраслей промышленного производства. Стоимость сооружений и машин, равно как и масса, уменьшаются в зависимости от повышения прочности металлов и сплавов в сочетании с достаточной пластичностью. Поэтому улучшение механических свойств металла, как в состоянии поставки, так и при последующей обработке, - есть первая задача металлургического производства.

Такие процессы, как пластическое деформирование и термическая обработка, значительно меняют свойства металла. Заметного повышения механических характеристик можно добиться, если максимально сблизить, объединить эти два процесса в один. Это позволяет сэкономить как минимум 20% металла, увеличив при этом долговечность изделий.
Пластическая обработка есть в основном операция формирования. Тем не менее, около 15% энергии, которая затрачивается на деформацию, уходит на повышение внутренней энергии дефектов кристаллической решетки. Термические операции ведут металл к метастабильному состоянию с повышенной прочностью и вязкостью. Совмещая же пластическую деформацию и структурные превращения (иначе - фазовые) в определенной последовательности, можно получить повышение плотности дислокации, изменение количества вакансий и дефектов, что может быть использовано для создания оптимальной структуры металла, формирования важнейших свойств металла - прочности и вязкости.
Подобное совмещение пластической и термической технологии, направленное на формирование необходимой структуры обрабатываемого тела, называют термомеханической обработкой (ТМО).
ТМО позволяет совместить оба процесса - пластическую деформацию и термическую обработку — в одной технологической операции с возможностью разрыва по времени. ТМО предполагает определение сочетания пластической и термической обработок согласно исходному структурному состоянию и последствиям воздействия.
Для конструкторов особенно важно, что при этом улучшаются и механические свойства металла. Это позволяет значительно облегчить отдельные узлы машин и конструкций. И не случайно термомеханическая обработка считается самым прогрессивным и очень обнадеживающим процессом. Консультативный совет при Академии наук США пришел к выводу, что массово высокое качество стали будет достигнуто, прежде всего, за счет применения именно термомеханической обработки. Такого же мнения придерживаются и российские ученые. Число советских и российских исследований в этой области огромно по сравнению с любой другой страной, именно эти исследования легли в основу промышленного применения термомеханической обработки стали. В этом отношении СССР и Россию следует считать лидером в данной области.
Для стали ТМО выполняется по трем схемам: высокотемпературная (ВТМО), низкотемпературная (НТМО) и предварительная термомеханическая обработка (ПТМО).
ВТМО — термообработка с деформационным нагревом и с последующим низким отпуском. Разновидностью ВТМО является контролируемая прокатка — эффективный метод повышения пластичности, прочности и вязкости сталей, особенно низколегированных. Наряду с высокой прочностью ВТМО обеспечивает хорошее сопротивление усталости, уменьшение распространения трещин, а также сниженные критическую температуру хрупкости, чувствительность к концентраторам напряжений и необратимую отпускную хрупкость.
НТМО заключается в нагреве стали до 1000-1100°С, быстром охлаждении до температуры метастабильного состояния аустенита (400,..600°С) и высокой степени (до 90% и выше) деформации при этой температуре. Отпуск производится при 100-400°С. Этот способ хорошо применим к легированным сталям.
Для ПТМО характерна простота технологического процесса: холодная пластическая деформация (повышает плотность дислокаций), дорекристаллизационный нагрев (обеспечивает полигонизацию структуры феррита), закалка со скоростного нагрева, отпуск. При этом перерыв между холодной деформацией и нагревом под закалку не регламентируется, что значительно упрощает технологический процесс ПТМО.
Операция ускоренного охлаждения после прокатки или другого вида пластической деформации также представляет собой термомеханическую обработку. Поэтому эта операция приобретает в ряде случаев большое значение как для улучшения структуры металла, а следовательно, и механических свойств, так и влияния на понижение окалинообразования и обезуглероживания.
В целом можно однозначно утверждать, что роль и значение различных видов термической обработки непрерывно возрастают. Это касается как предварительных, так и финишных операций термической обработки металлоизделий и металлопроката. Тенденцию подтверждает также и расширяющаяся практика использования для получения различных видов металлопроката литейно-прокатных модулей, в которых литая заготовка максимально приближена по размерам к готовому металлопрокату, что существенно снижает количество необходимого для получения готовой продукции деформирующего (прокатного) оборудования.

Подготовил Иван Власов.
Журнал «ТехСовет», №8, август 2010 г.


Возврат к списку

Задать вопрос