Термомеханическая обработка металлов
жүктеу/скачать 35.34 Kb.
|
Термомеханическая обработка металловот Amitu | skachatreferat.ruГосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» Материаловедение
Исполнитель: Студент гр. Научный руководитель: 2012
Введение 4
Введение
Второй способ термической обработки стали, закалка, отличается от отжига лишь тем, что охлаждение происходит очень быстро. Благодаря закалке сталь приобретает такие свойства как закаливаемость и прокаливаемость. Закаливаемость характеризуется повышением твердости стали. Прокаливаемость – образованиемзакаленного слоя, который способствует получению высочайшей твердости. Отпуск стали заключается в ее нагреве до температуры ниже критических точек. После нагрева сталь выдерживается и охлаждается. Благодаря отпуску сталь приобретает такие свойства как пластичность и хорошая механическая обрабатываемость. Существуют такие виды отпуска, как низкотемпературный, среднетемпературный и высокотемпературный. В зависимости от способа обработки, некоторые свойства стали будут меняться в ту, или другую сторону. Мы рассмотрели самые распространенные способы обработки стали. Эти виды обработки используются как самостоятельно, так и вместе. Например, существует, так называемая, термомеханическая обработка стали. Суть термомеханического способа обработки стали состоит в соединении термического и механического способа. За счет такого синтеза, возможно получить высокопрочную сталь, при этом, сталь будет обладать хорошей пластичностью и вязкостью. Благодаря обработке, мы можем добиться тех свойств стали, которые необходимы в той или иной ситуации. Термомеханическая обработка металлов Термомеханическая обработка металлов (ТМО), совокупность операций деформации, нагрева и охлаждения (в различной последовательности), в результате которой формирование окончательной структуры металла, а следовательно, и его свойств происходит в условиях повышенной плотности и оптимального распределения несовершенств строения, созданных пластической деформацией. Т. о., особенностью этого способа изменения свойств металлических сплавов является сочетание операций обработки металлов давлением и термической обработки. Возможность применения ТМО определяется тем, что на процессы структурных превращений существ влияние оказывают присутствующие в реальных сплавах несовершенства строения (дислокации, дефекты упаковки, вакансии). С др. стороны, в результате некоторых структурных изменений образуются новые несовершенства, а также происходит перераспределение имеющихся несовершенств. Отсюда механизм и кинетика структурных изменений при ТМО зависят от характера и плотности несовершенств строения и, в свою очередь, влияют наих количество и распределение. Для классификации технологических схем ТМО целесообразно выбрать в качестве классификационного признака последовательность проведения пластического деформирования и термической обработки. Совмещение пластической деформации с фазовыми превращениями получило впервые практическую реализацию в начале 20 в. при осуществлении патентирования в процессе производства стальной проволоки. Использование по своеобразной технологической схеме комбинированного воздействия пластической деформации и термической обработки привело к получению таких высоких механических свойств, которые были недостижимы при всех др. способах упрочняющей обработки. В 30-е гг. 20 в. применялась др. схема ТМО при упрочнении бериллиевой бронзы: закалка, холодная деформация, старение; такая обработка также обеспечила существенное повышение механических свойств сплава. Развитие ТМО и создание её основных положений оказались возможными лишь на базе теории дислокаций, в частности тех её разделов, в которых устанавливается связь между несовершенствами строения и процессами структурообразования при превращениях. Исторически первой опробованной схемой термомеханического упрочнения машиностроительной стали (1954, США) была низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО). Смысл переохлаждения аустенита в схеме НТМО заключается в том, чтобы вести деформацию ниже температуры его рекристаллизации. Этим НТМО отличается от разработанной несколько позднее в СССР высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО), которая в дальнейшем получила большее распространение в связи с необходимостью повышения механических свойств массовых сортов стали, применяемых в современном машиностроении. Температура проведения деформации при ВТМО лежит обычно выше верхней критической точки полиморфного превращения, поэтому неизбежны попытки проведения аналогии между ВТМО и термической обработкой с прокатного (или ковочного) нагрева. Принципиальное различие между этими видами обработки состоит в том, что при ВТМО создаются такие условия высокотемпературной пластической деформации и последующей закалки,при которых подавляется развитие рекристаллизационных процессов и создаётся особое структурное состояние, характеризующееся повышенной плотностью несовершенств и особым их распределением с образованием субструктуры полигонизации (см. Возврат металлов). Отсюда и экспериментально наблюдаемая развитая мозаичность строения стали после ВТМО, повышенная тонкая субмикроскопическая неоднородность строения и состава мартенсита, которая обеспечивает после ВТМО уникальное сочетание свойств, когда наряду с повышением прочности одновременно увеличиваются пластичность, вязкость и сопротивление хрупкому разрушению. В таблице сопоставлены свойства типичной среднеуглеродистой машиностроительной легированной стали после ВТМО и НТМО. ТМО приводит к повышению усталостных характеристик; особенно велик прирост времени до разрушения в зоне ограниченной выносливости после ВТМО. В результате этой обработки повышается ударная выносливость стали, снижается порог хладноломкости и практически ликвидируется опасная склонность к хрупкости при отпуске (чего не наблюдается после НТМО). Развитие технологии ВТМО привело к созданию новой схемы — ВТМизО, в которой высокотемпературная деформация сочетается с изотермическим превращением. Изделия (в частности, рессоры), обработанные по этой схеме, характеризуются повышенными служебными характеристиками. В большем или меньшем объёме применяются все схемы термомеханического упрочнения, приведённые на рисунке. Выбор схемы проводится с учётом природы и назначения металлического сплава и конкретного изделия. Механические свойства стали после ВТМО и НТМО Эффективность конкретного способа термомеханического упрочнения оценивается по комплексу механических свойств. В инженерном смысле под повышением прочности понимают повышение сопротивления деформации и сопротивления разрушению в различных напряжённых состояниях, в том числе и таком, которое может вызвать образование хрупкой трещины и преждевременное разрушение. Поэтому наряду с традиционными испытаниями на растяжение, удар, усталость современные высокопрочные, в том числе термомеханически упрочнённые, сталидолжны оцениваться по критериям механики разрушения, с определением энергоёмкости процесса развития трещины и др. аналогичных параметров. Понимание физической сущности упрочнения в результате ТМО оказалось возможным лишь после того, как стали проясняться основные закономерности структурных изменений при горячей деформации. Старое представление о том, что горячая деформация всегда сопровождается рекристаллизацией, оказалось неверным. При ТМО проводится немедленное и резкое охлаждение после завершения горячей деформации, и конечная структура упрочнённой стали наследует тонкое строение горячедеформированного аустенита. В зависимости от условий деформирования, определяемых величиной напряжения, температурой и скоростью деформации, структура аустенита по окончании горячей деформации сильно различается. Она может отвечать: а) состоянию горячего наклёпа с неупорядоченным распределением дислокаций, когда при последующей закалке прочность повышается и одновременно снижается сопротивление хрупкому разрушению; б) формированию субструктуры в результате динамического возврата и особенно чёткого и устойчивого субзёренного строения в результате динамической полигонизации — закалка в этом случае приведёт к оптимальному сочетанию высоких значений прочности и сопротивления хрупкому разрушению; в) состоянию динамической рекристаллизации, когда в одних объёмах еще сохранена повышенная плотность дислокаций, а в других она резко понижена — закалка в этом случае может привести к получению комплекса повышенных механических свойств, однако значения их в связи с неоднородностью и нестабильностью тонкого строения будут неустойчивы. Следовательно, режимы горячей деформации металлических сплавов при осуществлении ТМО необходимо выбирать с таким расчётом, чтобы получить развитую и устойчивую субструктуру в результате динамической полигонизации. При последующей закалке благодаря сдвиговому характеру мартенситного превращения субструктура деформированного аустенита, сформированная на стадии динамической полигонизации, наследуется образующимся мартенситом. Если, например, осуществляется др. схема ТМО, а именноВТМизО (рис.), то благодаря сдвиговому характеру превращения при образовании бейнита последний также наследует субструктуру горячедеформированного аустенита. Во всех случаях присутствие в конечных фазах (мартенсите и др.) этой устойчивой субструктуры определяет высокую дисперсность и мозаичность этих фаз, а также тонкое распределение примесей в них — это и приводит к повышению всех механических свойств, характеризуемому одновременным возрастанием сопротивления пластической деформации и сопротивления разрушению. Это наблюдается не только при "прямой" ТМО, но и при последующей после ТМО термической обработке. Открытое в СССР и широко используемое в отечественной и зарубежной практике явление "наследования" термомеханическое упрочнения базируется на том, что созданная при горячей деформации совершенная и устойчивая субструктура оказывается устойчивой при последующей перекристаллизации. В условиях повторной термической обработки после ТМО перекристаллизация протекает по сдвиговому механизму, что определяет сохранение субструктуры и, следовательно, комплекса высоких механических свойств, созданного при "прямой" ТМО. Развитие идей "наследования" термомеханического упрочнения позволило создать новую схему — предварительную термомеханическую обработку (ПТМО), нашедшую применение в СССР и США, а также объяснить высокий уровень свойств в результате патентирования, являющегося, по существу, разновидностью ТМО. Применительно к дисперсионно-твердеющим сплавам ТМО в промышленности осуществляют по следующим технологическим схемам: а) нагрев до температуры закалки, деформация, немедленная закалка, старение (ВТМО); б) закалка, деформация, старение (НТМО). Первая схема сравнительно легко осуществима, но имеет недостаток — опасность сильного развития рекристаллизации в связи с высокой температурой деформации, проводимой при температуре закалки. Она широко используется в производстве прессованных изделий из многих алюминиевых сплавов, в которых небольшие добавки Mn, Сг и др. затрудняют рекристаллизацию. При осуществлении второй схемы могут возникать трудности, связанные с высоким сопротивлениемдеформации твёрдого раствора при комнатной температуре. Эта схема имеет ряд преимуществ: происходит старение с образованием весьма дисперсных фаз уже при холодной (или тёплой) деформации, создаётся более равномерное распределение выделений упрочняющих фаз, образующихся на дислокациях по всему объёму зёрен. Вторая схема ТМО успешно используется для повышения прочности стареющих медных и алюминиевых сплавов. Высокотемпературная термoмеханическая обработка ВТМО – Высокотемпературная термо-механическая обработка. ВТМО состоит из нагрева до температур однофазного аустенитного состояния, деформации после определенной выдержки в этой области и ускоренного охлаждения до температур ниже мартенситной точки Мн. Обязательной операцией является низкотемпературный отпуск. Принципиальное отличие ВТМО от термической обработки с прокатного нагрева заключается в создании таких условий высокотемпературной пластической деформации и последующей закалки, при которых подавляется развитие рекристаллизационных процессов и создается особое субструктурное состояние, характеризующееся повышенной плотностью несовершенств и особым их расположением с образованием разветвленных субграниц- границ полигонов. Для каждого сплава существуют оптимальная температура нагрева и степень деформации, определяющие наиболее благоприятные условия создания полигональной структуры в результате ВТМО, и отсюда — наиболее эффективное повышение механических свойств. Горячая пластическая деформация приводит к изменению дефектной структуры аустенита. Дислокационная субструктура аустенита зависит от степени, скорости, температуры и способа деформации, ориентировки и размера зерна, наличия частиц избыточных фаз, химического состава. Сформировавшуюся в результате горячей деформации субструктуру аустенита необходимо сохранить. Это достигается закалкой — ускоренным охлаждением, предотвращающим перлитное и бейнитное превращения. Высокотемпературная деформация аустенита в условиях создания развитой дислокационной субструктуры приводит к измельчению и большей однородности размеров пластин или реек мартенсита с сохранением подобия ихформы. В результате ВТМО формируется правильно ориентированное расположение групп крупных линзовидных двойникованных кристаллов мартенсита, в отличии от хаотической ориентировки при обычной закалке. Низкотемпературный отпуск является заключительной операцией ВТМО. Главным следствием отпуска, помимо снятия остаточных напряжений, является два противоположных по влиянию на прочность процесса: разупрочнение вследствие распада мартенсита и упрочнение в результате выделения дисперсных частиц специальных карбидов. В случае оптимального режима ВТМО в сталях повышается ударная вязкость, понижается порог хладноломкости (температура вязко-хрупкого перехода), растет сопротивление усталостному разрушению, понижается чувствительность к концентраторам напряжений, растут пластичность и временное сопротивление разрушению." Низкотемпературная термомеханическая обработка Низкотемпературная термомеханическая обработка (аусформинг) . К счастью, сталь нагревают до аустенитного состояния. В самом деле затем сильно выдерживают при высочайшей температуре, создают остывание до температуры, повыше температуры начала мартенситного перевоплощения (400…600 С), хотя ниже температуры рекристаллизации, и при данной температуре воплотят в жизнь обработку давлением и закалку (набросок, позиция б).
Заключение Изобретение относится к черной металлургии, в частности к изготовлению термоупрочненной стержневой арматурной стали в крупных профиляx с использованием тепла прокатного нагрева при термическом упрочнении проката в потоке среднесортных станов. Задачей изобретения является возможность получения высоких прочностных и пластических характеристик на сталях, не содержащих дорогостоящих и дефицитных легирующих элементов, таких как Mn, Ni и др., а также возможность изготовления высокопрочной арматурной стали в крупных профилях на среднесортных станах. Технология термомеханической обработки проката, преимущественно стержневой арматуры крупных профилей, с использованием тепла прокатного нагрева включает горячую прокатку, предварительное охлаждение раската до температур не ниже Ar3, окончательную прокатку в этой области температур, циклическое охлаждение поверхности с количеством циклов, равным двум, с промежуточным и окончательным отогревами поверхности, при этом первый цикл охлаждения поверхности раската проводят до температур ниже на 50oC или равной температуре минимальной устойчивости деформированного аустенита с промежуточным отогревом поверхности до температур выше на 50-150oC температуры минимальной устойчивости деформированного аустенита, а второй цикл переохлаждения поверхности проводят до температур ниже Мн на 100-200oC с окончательным отогревом поверхности до температур ниже точки Ас1 и окончательное охлаждение. Список литературы 1. М.Л. Бернштейн, В.А. Займовский, Л.М. Капуткина. Термомеханическая обработка стали. М., «Металлургия», 1987 2. М.Л. Бернштейн. Диаграммы горячей деформации, структура и свойства стали. М., «Металлургия», 1989 3. М.А. Тылкин, В.И. Большаков, П.Д. Одесский. Структура и свойства строительной стали. М. «Металлургия», 1990 4. А.С. Ключ. Термически упрочнённый фасонный прокат из углеродистой стали. В сборнике «Повышение свойств и эффективности использования проката для строительных стальных конструкций». М., 1995 жүктеу/скачать 35.34 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|