4. Термомеханическая обработка (тмо) стали

Высокая прочность в сочетании с удовлетворительной вязкостью, ослабление или даже устранение отпускной хрупкости первого и второго рода достигается при применении термомеханической обработки (ТМО), заключающейся в пластическом деформирова­нии аустенита с последующей закалкой на мартенсит и низким отпуском.

В зависимости от температуры, при которой деформируют аустенит, различают высокотемпературную термомеханическую об­работку (ВТМО) и низкотемпературную (НТМО).

При ВТМО деформация аустенита происходит выше Ас₃, при НТМО - при 400-500 °С, т. е. при температурах относительной стабильности аустенита (рис. 119).

В результате ТМО достигается высокая прочность при достаточ­ной пластичности и вязкости (например, хромоникельмолибдено-вая сталь 50ХН4М после НТМО имеет следующие свойства: σ_B = 2700 МПа при δ = 10 %, ψ = 40 %, КСU = 0,40 МДж/м²).

Причиной упрочнения при ТМО является то, что из предвари­тельно деформированного аустенитного зерна образуются более мелкие пластины мартенсита. При дроблении зерна аустенита соз­дается блочная структура, которая фиксируется при закалке. Углерод при отпуске около 200 °С выделяется в виде дисперсных карбидов.

По сравнению с обычной термообработкой ВТМО повышает прочность примерно на 40 % при одновременном увеличении ха­рактеристик пластичности в 2 раза. Возрастает сопротивление уста­лости, увеличивается ударная вязкость, уменьшается склонность к образованию трещин и порог хладноломкости.

Еще большая прочность достигается при НТМО, но НТМО может применяться только для сталей с широким временным ин­тервалом устойчивости аустенита ниже температуры его рекри­сталлизации. Сочетание высокого предела упругости и высокой циклической прочности позволяет использовать НТМО при изго­товлении высокопрочных пружин, рессор и подвесок.

Хотя при НТМО достигается наибольшее упрочнение, но ее проведение более сложно по сравнению с ВТМО. При температу­рах 400-500 °С аустенит менее пластичен, что требует применения более мощных деформирующих средств. ВТМО более технологична, ее можно применять при изготовлении деталей большого сечения и более сложной конфигурации.

Наибольшая прочность (σ_B до 3000 МПа) может быть достиг­нута сочетанием ВТМО с последующей холодной пластической деформацией.

Глава 8

ПОВЕРХНОСТНОЕ УПРОЧНЕНИЕ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ

1. Упрочнение поверхности методом пластического деформирования

Эффективными способами упрочнения поверхностного слоя яв­ляются дробеструйная обработка, позволяющая прорабатывать стальные детали на глубину до 0,7 мм, и обкатка поверхности ро­ликами на глубину до 15 мм. При этом происходит наклеп поверх­ности детали, позволяющий повысить ее усталостную прочность, не меняя материала и режим термической обработки. Наклепу подвергают готовые детали, прошедшие механическую и термиче­скую обработку.

При дробеструйной обработке на поверхность деталей из спе­циальных дробеметов с большой скоростью направляют поток стальной или реже чугунной дроби диаметром 0,5-1,5 мм. Удары дроби вызывают пластическую деформацию поверхностного слоя, вследствие чего он становится более твердым, в нем создаются ос­таточные напряжения сжатия и тем самым повышается усталост­ная прочность. Если в поверхностном слое присутствует остаточ­ный аустенит, то благодаря наклепу происходит его фазовое пре­вращение с образованием мартенсита, что дополнительно увели­чивает твердость и износостойкость. Благодаря дробеструйной обработке сглаживаются мелкие поверхностные дефекты, являю­щиеся концентраторами напряжений

Дробеструйной обработке подвергают поверхность рессор и пружин, зубчатых колес, звеньев гусениц, гильз и поршней. В ре­зультате дробеструйной обработки предел выносливости рессор увеличивается в 1,5 раза и в несколько раз возрастает их долго­вечность.

Обкатку роликами производят с помощью специальных при­способлений на обычных токарных или строгальных станках. Давление на ролики осуществляется гидравлически или с помощью пружин. Обкатку роликами применяют для обработки шеек ва­лов, осей железнодорожных вагонов, коленчатых валов и других деталей. Помимо упрочнения, обкатка повышает чистоту обра­батываемой поверхности.