Логотип Автор24реферат
Заказать реферат
Реферат на тему: Термомеханическая обработка металла: виды, характеристики
51%
Уникальность
Аа
23513 символов
Категория
Металлургия
Реферат

Термомеханическая обработка металла: виды, характеристики

Термомеханическая обработка металла: виды, характеристики.doc

Зарегистрируйся в два клика и получи неограниченный доступ к материалам, а также промокод Эмоджи на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.

Введение
Термомеханическая обработка (ТМО) (англ. Thermomechanical processing, thermomechanical treatment, TMT) металлов - обработка металлов (сплавов), заключающаяся в последовательном нагревании их до температуры, превышающей верхнюю критическую точку полиморфного превращения, пластическом деформировании и закалке в течение одного технологического процесса, которые обусловливают формирование повышенной плотности дефектов кристаллического строения металла или сплава, что приводит к повышению прочности.
Различают несколько видов термомеханической обработки, предназначенных главным образом для обработки сталей. Основные среди них - высокотемпературная (ВТМО) и низкотемпературная (НТМО) термомеханическая обработка. Если сталь подвергать высокотемпературной обработке, ее пластически деформируют (степень деформации 20 ... 30%) в области температур устойчивого аустенита (выше точки AС3), что исключает (частично или полностью) рекристаллизацию в процессе деформирования. Во время низкотемпературной обработки сталь деформируют (степень деформации 75 ... 95%) в области температур метастабильного аустенита, ниже температуры её рекристаллизации. При закалке стали после деформирования мартенсит наследует изменения структуры аустенита. В обоих случаях после закалки проводят низкий отпуск. ВТМО можно подвергать любые стали, а НТМО - только стали с повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита (легированные стали) [1].
Термомеханическая обработка обеспечивает высокие показатели прочности и пластичности стали (после НТМО предел прочности составляет 2800 ... 3300 МПа, остаточная деформация - 6%), а также прочность и холодостойкость, она уменьшает ее склонность к хрупкости при отпуске [2].
Рост прочности стали после проведения термомеханической обработки объясняется тем, что в результате деформации аустенита происходит дробление его зерен. При дальнейшей закалке из такого аустенита образуются мелкие пластинки мартенсита, что положительно сказывается на пластических свойствах и вязкости стали.
Термомеханическую обработку некоторых сплавов (например, алюминиевых, медных) проводят по схеме: закаливание - холодное деформирование - искусственное старение металлов. Термомеханическая обработка является важным средством повышения эксплуатационных характеристик конструкционных материалов и получения высокопрочных сталей.
Целью данной работы является более подробное рассмотрение видов термомеханической обработки металлов.
1. Термомеханическая обработка стали
Представление о решающей роли структуры в формировании ряда важнейших, так называемых структурно-чувствительных свойств очень развились, и экспериментально доказанные положения о влиянии на эти свойства несовершенства строения реальных кристаллов. Показано, что несовершенство строения во многом определяет механизм и кинетику фазовых и структурных превращений при термической обработке, то есть характер окончательной структуры, задает свойства металлического сплава. Отсюда следует, что целесообразно управлять плотностью и распределением несовершенства (главным образом, дислокации) в металле на разных стадиях термической обработки с той целью, чтобы рационально направить процессы структурообразования и приобрести оптимальных свойств. Одним из основных методов регулирования структуры дислокации является пластическая деформация. Эти утверждения приводят к выводу о целесообразности соединения пластической деформации и фазовых (структурных) превращений в единой технологической схеме обработки сплавов [3,4].
Такое комплексное действие на структуру металлического сплава и составляет суть термомеханической обработки (ТМО).Термомеханическую обработку нужно понимать как совокупность операций деформации, нагрева и охлаждения (в разной последовательности), в результате которых формирование окончательной структуры металлического сплава, а следовательно и его свойств, происходит в условиях повышенной плотности и соответствующего распределения несовершенства строения, созданных пластической деформацией.
При термомеханической обработке обычную операцию закаливания будто разрывают на две отдельные операции - деформацию аустенита с образованием определенной субзеренной и структуры дислокации и закалки с образованием мартенсита. Затем осуществляют отпуск стали.
Основными параметрами термомеханической обработки, от которых зависит ее эффективность, является температура, скорость, степень и схема (способ) деформации, а также продолжительность пребывания стали в аустенитном состоянии после деформации. Чем ниже температура и больше степень деформации аустенита, тем больше повышается прочность после термомеханической обработки. Существует примерная линейная зависимость между укреплением аустенита при деформации и приростом мартенсита, образовавшегося из него. После деформации при относительно высоких температурах, когда деформационное упрочнение аустенита той или иной степени снимается мимолетными процессами разупрочнения, достигается значительно меньшее повышение сопротивления деформации [5].
В зависимости от необходимого уровня свойств и состава стали температура деформации берется от 950-900 °С до 500 °С, а степень - от 15-20% до 90%. При сравнительно высоких температурах (700-950 °С) степень деформации обычно не превышает 30-40%; при повышении скорости деформации, и легировании элементами, задерживающими рекристаллизацию, суммарная степень деформации может быть увеличена. Термомеханическая обработка с деформацией аустенита приводит к повышению степени упрочнения по мере повышения степени деформации (как правило, берется степень деформации до 75-90%).
Такой вид обработки приводит к существенному упрочнению материалов.
Рост прочности стали после термомеханической обработки объясняется повышением плотности дислокаций в мартенсит, дроблением его кристаллов на отдельные фрагменты величиной в доли микрона, разделенные границами дислокаций или скоплениями дислокаций [3,6].
Технологические процессы ТМО применяются в машиностроении и металлургии

Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы

и получи доступ ко всей экосистеме Автор24

Введение
Термомеханическая обработка (ТМО) (англ. Thermomechanical processing, thermomechanical treatment, TMT) металлов - обработка металлов (сплавов), заключающаяся в последовательном нагревании их до температуры, превышающей верхнюю критическую точку полиморфного превращения, пластическом деформировании и закалке в течение одного технологического процесса, которые обусловливают формирование повышенной плотности дефектов кристаллического строения металла или сплава, что приводит к повышению прочности.
Различают несколько видов термомеханической обработки, предназначенных главным образом для обработки сталей. Основные среди них - высокотемпературная (ВТМО) и низкотемпературная (НТМО) термомеханическая обработка. Если сталь подвергать высокотемпературной обработке, ее пластически деформируют (степень деформации 20 ... 30%) в области температур устойчивого аустенита (выше точки AС3), что исключает (частично или полностью) рекристаллизацию в процессе деформирования. Во время низкотемпературной обработки сталь деформируют (степень деформации 75 ... 95%) в области температур метастабильного аустенита, ниже температуры её рекристаллизации. При закалке стали после деформирования мартенсит наследует изменения структуры аустенита. В обоих случаях после закалки проводят низкий отпуск. ВТМО можно подвергать любые стали, а НТМО - только стали с повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита (легированные стали) [1].
Термомеханическая обработка обеспечивает высокие показатели прочности и пластичности стали (после НТМО предел прочности составляет 2800 ... 3300 МПа, остаточная деформация - 6%), а также прочность и холодостойкость, она уменьшает ее склонность к хрупкости при отпуске [2].
Рост прочности стали после проведения термомеханической обработки объясняется тем, что в результате деформации аустенита происходит дробление его зерен. При дальнейшей закалке из такого аустенита образуются мелкие пластинки мартенсита, что положительно сказывается на пластических свойствах и вязкости стали.
Термомеханическую обработку некоторых сплавов (например, алюминиевых, медных) проводят по схеме: закаливание - холодное деформирование - искусственное старение металлов. Термомеханическая обработка является важным средством повышения эксплуатационных характеристик конструкционных материалов и получения высокопрочных сталей.
Целью данной работы является более подробное рассмотрение видов термомеханической обработки металлов.
1. Термомеханическая обработка стали
Представление о решающей роли структуры в формировании ряда важнейших, так называемых структурно-чувствительных свойств очень развились, и экспериментально доказанные положения о влиянии на эти свойства несовершенства строения реальных кристаллов. Показано, что несовершенство строения во многом определяет механизм и кинетику фазовых и структурных превращений при термической обработке, то есть характер окончательной структуры, задает свойства металлического сплава. Отсюда следует, что целесообразно управлять плотностью и распределением несовершенства (главным образом, дислокации) в металле на разных стадиях термической обработки с той целью, чтобы рационально направить процессы структурообразования и приобрести оптимальных свойств. Одним из основных методов регулирования структуры дислокации является пластическая деформация. Эти утверждения приводят к выводу о целесообразности соединения пластической деформации и фазовых (структурных) превращений в единой технологической схеме обработки сплавов [3,4].
Такое комплексное действие на структуру металлического сплава и составляет суть термомеханической обработки (ТМО).Термомеханическую обработку нужно понимать как совокупность операций деформации, нагрева и охлаждения (в разной последовательности), в результате которых формирование окончательной структуры металлического сплава, а следовательно и его свойств, происходит в условиях повышенной плотности и соответствующего распределения несовершенства строения, созданных пластической деформацией.
При термомеханической обработке обычную операцию закаливания будто разрывают на две отдельные операции - деформацию аустенита с образованием определенной субзеренной и структуры дислокации и закалки с образованием мартенсита. Затем осуществляют отпуск стали.
Основными параметрами термомеханической обработки, от которых зависит ее эффективность, является температура, скорость, степень и схема (способ) деформации, а также продолжительность пребывания стали в аустенитном состоянии после деформации. Чем ниже температура и больше степень деформации аустенита, тем больше повышается прочность после термомеханической обработки. Существует примерная линейная зависимость между укреплением аустенита при деформации и приростом мартенсита, образовавшегося из него. После деформации при относительно высоких температурах, когда деформационное упрочнение аустенита той или иной степени снимается мимолетными процессами разупрочнения, достигается значительно меньшее повышение сопротивления деформации [5].
В зависимости от необходимого уровня свойств и состава стали температура деформации берется от 950-900 °С до 500 °С, а степень - от 15-20% до 90%. При сравнительно высоких температурах (700-950 °С) степень деформации обычно не превышает 30-40%; при повышении скорости деформации, и легировании элементами, задерживающими рекристаллизацию, суммарная степень деформации может быть увеличена. Термомеханическая обработка с деформацией аустенита приводит к повышению степени упрочнения по мере повышения степени деформации (как правило, берется степень деформации до 75-90%).
Такой вид обработки приводит к существенному упрочнению материалов.
Рост прочности стали после термомеханической обработки объясняется повышением плотности дислокаций в мартенсит, дроблением его кристаллов на отдельные фрагменты величиной в доли микрона, разделенные границами дислокаций или скоплениями дислокаций [3,6].
Технологические процессы ТМО применяются в машиностроении и металлургии . При этом деформация выполняется путем прокатки, волочения, выдавливания, выкаткой в ковочных вальцах или штамповкой.
Особенно сильно ТМО сказывается на кратковременных укрепляющих свойствах, в меньшей степени - на параметрах длительной высокотемпературной прочности. Однако практически для каждого материала, который может быть подвергнут термомеханической обработке, существует область рабочих температур, где ТМО может быть эффективна и при длительной эксплуатации.
Термомеханическая обработка, как это следует из результатов промышленных испытаний, является в даней время эффективным способом экономии широко распространенных в технике сталей. Использование ТМО позволяет уменьшить расход металла при производстве массовых видов металлоизделий, уменьшить сечения, сократить количество запасных частей (в связи с увеличением надежности, заменить легированные стали на углеродные) [6,7].
При определенных условиях проявляется так называемый эффект преемственности. Он состоит в том, что укрепленная ТМО сталь может быть подвергнута высокому отпуску и затем обычной термической обработке, закалке и отпуску. При этом укрепляющий эффект ТМО частично сохраняется. Физические причины, определяющие повышение прочности в результате термомеханической обработки, состоят в том, что те изменения в строении аустенита, создаваемые при его деформации, «наследуются» мартенситом, образующийся при дальнейшей закалке.
При деформации аустенита увеличивается число («плотность»), дислокаций в нем, кристаллы аустенита дробятся на отдельные фрагменты. В зависимости от температуры деформации формируется та или иная субструктура (внутризернистая структура) аустенита. При относительно низких температурах деформации плотность дислокаций больше; при более высоких температурах - меньше, но их размещения более упорядоченное, и внутри зерен аустенита образуются суб пределы дислокаций; при еще более высоких температурах нагрева деформации, уже в ходе ее начинается рекристаллизация. Если деформация аустенита осуществляется в таких температурно-временных условий, которые приводят к рекристаллизации, но без роста зерен, может быть получено очень мелкое зерно аустенита (диаметр зерна 10-1 мкм), а при дальнейшем закаливании - соответственно кристаллы мартенсита очень малых размеров.
Это приводит к повышению значений временного сопротивления, предела текучести и понижению критической температуры хрупкости.
Опыт показывает, что ТМО применяется, в первую очередь, для получения усиленных стальных изделий со сравнительно простой геометрией с минимальной последующей механической обработкой (лист, полоса, лента, рессоры).
ТМО позволяет повысить механические свойства как сталей с низким, средним и высоким содержанием углерода, так и низко-, средне- и высоколегированных сталей [6-8].
Так, например, обкатка роликами и немедленное закаливание нагретого токами высокой частоты поверхностного слоя валов холодной прокатки позволяют повысить их износостойкость в 2-3 раза.
Широкой группой материалов, укрепляемый термомеханической обработкой, является стали с различным содержанием углерода.
В результате нагрева до температур выше точки АС3 сталь переходит в состояние аустенита, зерна которого при правильно выбранном режиме пластической деформации дробятся на фрагменты. Благодаря наличию высокой температуры параллельно с деформацией проходят диффузные процессы, направленные на перераспределение дефектов решетки и образования субструктуры [6-8].
Размеры субструктурных элементов, формируемых при ТМО, в 2-4 раза меньше аналогичных элементов, образующихся при обычном закаливании. При дальнейшей закалке такого деформированного аустенита образуются мелкие пластинки мартенсита, снижается уровень микро- напряжений, что положительно влияет на пластичность и вязкость.
Такая схема ТМО называется высокотемпературной (ВТМО) (рис. 1 а) [6].
Рис. 1. Графики режимов ТМО стали: а - ВТМО; б - НТМО (зигзагами обозначена пластическая деформация) [6]
После достижения точки Мн (начало мартенситного превращения) происходит образование мартенсита по обычной схеме.
Если предыдущую пластическую деформацию аустенита проводить в температурных условиях, когда он является тем, что переохлаждает (ниже точки АС3 и, как правило, при Т ~ 500 ° С или еще ниже), происходят аналогичные процессы и материал также значительно укрепляется. Это объясняется тем, что явление возвращения в таких условиях проходит со значительно меньшими температурами, чем в случае высокотемпературной деформации, а процессы рекристализаций вообще исключаются. Такая схема ТМО называется низкотемпературной (НТМО) (рис. 1 б) [6].
Проведение ТМО обеспечивает получение высокопрочностных сталей при испытании на растяжение. Это достигается при высокотемпературной (ВТМО) и низкотемпературной (НТМО), предусматривающей закаливания в мартенсит после теплой или горячей деформации аустенита.
Некоторое промежуточное положение между технологиями механико-термической и термомеханической обработок занимают процессы редварительной термомеханической обработки (ПТМО) [8-10].
ПТМО проводят по схеме холодная пластическая деформация -дорекристаллизационный нагрев - закалка со скоростным нагревом и короткой выдержкой - отпуск.
Перед деформированием исходной является структура ферритно-карбидной смеси. Холодная деформация повышает плотность дислокаций, перестройка которых при дорекристаллизационном нагреве создает полигонизованную структуру феррита. При последующей закалке со скоростным нагревом и короткой выдержкой субструктура наследуется при α-γ- и γ-α-превращениях, и кристаллы мартенсита получаются фрагментированными. Следовательно, механизм упрочнения при ПТМО тот же, что и в случае получения повышенной прочности при повторной закалке после ВТМО.
Предварительная термомеханическая обработка привлекает простотой технологии. Перерыв между холодной деформацией и нагревом никак не регламентирован

Больше рефератов по металлургии:

Термомеханическая обработка металла: виды, характеристики

23513 символов
Металлургия
Реферат
Уникальность

Технология и служба огнеупоров

11418 символов
Металлургия
Реферат
Уникальность

Самозащитная порошковая проволока на магистральных газопроводах

12781 символов
Металлургия
Реферат
Уникальность
Все Рефераты по металлургии
Закажи реферат

Наш проект является банком работ по всем школьным и студенческим предметам. Если вы не хотите тратить время на написание работ по ненужным предметам или ищете шаблон для своей работы — он есть у нас.