Фирменный Автосервис

 

 

Повышение качества металлических материалов деформационно-термической обработкой

Метод деформационно-термической обработки заготовок и деталей машин состоит в совместном воздействии на металлический материал температурой и пластической деформацией по специальным режимам обработки. В результате такой комбинированной обработки металлические материалы становятся более прочными и пластичными, т. е. повышается их уровень конструкционной прочности — работоспособность. Конструкционная прочность — это прочность материала детали, работающей в составе конструкции или в ином изделии. Предварительно и независимо от конкретных условий будущей эксплуатации изделия конструктивная прочность материала оценивается сочетанием характеристик механических свойств испытываемых образцов из данного металла или сплава.

Известны два вида деформационно-термической обработки: термомеханическая (ТМО) или термопластическая обработка (ТПО); механико-термическая обработка (МТО).

Термомеханическая обработка

ТМО заключается в сочетании пластической деформации при высокой температуре с последующим быстрым охлаждением — закалкой. После этого обрабатываемая заготовка, или почти готовая деталь, подвергается соответствующему отпуску.

Различают два основных способа термомеханической обработки. По первому способу, который называют высокотемпературной термомеханической обработкой (ВТМО), например, конструкционную сталь деформируют при температуре выше критической температуры Ас3. При этом сплав подвергается деформации в состоянии аустенита. Этот процесс называют аусформингом. Степень деформации составляет от 20 до 50 % и поэтому при ВТМО осуществляется формообразование заготовки. После деформации осуществляют закалку и чаще всего низкий отпуск.

Второй способ ТМО, получивший не столь большое распространение, называется низкотемпературной термомеханической обработкой (НТМО). При этом способе обработки сталь нагревают до аустенитного состояния, выдерживают при этой температуре для выравнивания химического состава в объеме материала, подстуживают и пластически деформируют в температурной зоне существования переохлажденного аустенита, но в области его относительной устойчивости (температура 400-600 °С). Степень деформации составляет 75-95 %. Закалку осуществляют сразу же после пластической деформации. Потом производят низкотемпературный (НИЗКИЙ) ОТПуСК.

Таблица 1 Влияние режимов термообработки на характеристики свойств

Обработка

Температура отпуска, °С

в> МПа

8, %

КСи,Дж/смг

Закалка от 900 °С

170 220 300

2000 1950 1840

8 10 12

36

42 42

ВТМО с обжатием 85%

170 220 300

2700 2600 2380

12,5

13

15

45 47 53

ВТМО, отпуск при 650 °С, закалка и отпуск

170 220 300

2500 2350 2060

13 17

36

43

71

 

Оба способа ТМО позволяют получать у простых сталей высокую прочность (ав = 2200-3000 МПа) при достаточно высокой пластичности (8 = 6-8 %, |/ - 50-60 %) и вязкости, тогда как после обычной закалки и низкого отпуска эти стали имеют ав < 2000-2200 МПа, а 8 = 3-4 %.

Так, например, сталь 40 после обычной закалки и низкого отпуска (ТО — термообработка) и различных способов ТМО имеет следующие характеристики механических свойств:

ав, МПа ат, МПа S, % у, %

НТМО 2400-2900 2000-2400 5-8 15-30

ВТМО 2100-2700 1900-2200 7-9 25-40

Обычная ТО 1400 1100 2 3

Зависимость механических свойств легированной стали 40Х2Н4СМ после обычной термообработки (закалки и различных отпусков); после ВТМО и отпуска; после ВТМО, отпуска и последующей обычной закалки и отпуска видна из данных таблицы 1.

В результате ТМО достигается одновременное повышение прочности и пластичности, и, как следствие этого, возрастает работоспособность материала, т. е. конструктивная прочность.

ТМО — одна из наиболее перспективных технологий упрочнения металлических материалов, позволяющая существенно повышать качество производимой технической продукции и уменьшать расход стали и материалоемкость изготавливаемых изделий. Все это повышает техническую и экономическую эффективность производства матнин и других изделий.

В случае использования комбинированной ТМО, состоящей из ВТМО и НТМО, повышается ударная вязкость и устраняется отрицательное явление отпускной хрупкости у легированных сталей.

Механико-термическая обработка

При ТМО фазовые и структурные превращения происходят после пластического деформирования. Однако, если изменить последовательность: вначале превращения, а потом деформационное упрочнение (наклеп), то это будет новый вид упрочняющей обработки, называемый механико-термической обработкой (МТО).

Если, например, сталь закалить, то она имеет большую прочность и относительно малую пластичность. Однако закаленная сталь обладает способностью дополнительно упрочняться в результате небольших деформаций. Оказалось, что достаточно про-деформировать закаленную сталь на 2-5 %, чтобы увеличить ее прочность на 10-25 %.

МТО, состоящая из закалки на структуру мартенсита с последующей малой пластической деформацией и низким отпуском, имеет и иное (специальное) название — марформинг. Марформинг означает, что деформации подвергается сталь со структурой мартенсита.

МТО, при которой обычной термообработкой получают тонкопластинчатый перлит (троостит охлаждения, а не троостит отпуска) с последующей холодной пластической деформацией, носит название патентирование. Такому упрочнению подвергают обычно тонколистовой прокат и проволоку. При патентировании дают большую степень деформации (до 95 %). В результате достигается на инструментальных сталях самая высокая для них прочность — 4500 МПа ( это почти 1/3 значения теоретической прочности стали).

Установлено, что методом деформационно-термической обработки можно в 2-3 раза повысить прочностные свойства сталей по сравнению с нетермообработанным или отожженным состоянием (таблица 2).

Таблица 2 Влияние наиболее распространенных способов упрочняющих обработок на механические свойства стали

Термическая обработка

Прочность

Пластичность

Вязкость

Отжиг

Нормализация

Улучшение

ВТМО (аусформинг)

НТМО (»)

МТО (марформинг)

Самая низкая Низкая Средняя Высокая Самая высокая » »

Самая высокая Высокая

»

» Самая низкая >> »

Средняя Высокая Самая высокая

» » Средняя Самая низкая

 

Описанные выше способы ТМО и МТО являются относительно новыми, высокоэффективными и прогрессивными (перспективными для применения в производстве).

Технологичность заготовок Технологичность деталей при обработке резанием ОСНОВЫ ОТРАСЛЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Структура и свойства материалов Управление структурой и свойствами металлических материалов методами термической обработки Поверхностное упрочнение металлических материалов Картеры задних мостов Факторы, влияющие на величину припуска Расчет припусков на механическую обработку Условия эксплуатации зубчатых передач 

 

Образовательный сайт Бармашовой Л.В.

Рассылки Subscribe.Ru
Современное образование
Подписаться письмом