Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ существующего положения 8
1.1. Способы изменения структуры металлов 9
1.1.1. Порошковая металлургия 9
1.1.2. Способы получения порошковых материалов 12
1.1.3. Методы термомеханической обработки 17
1.2. Методы интенсивной пластической деформации 20
1.3. Способы пластического стурктурообразования металлов 33
1.4..К вопросу определения параметров осадки и выдавливания 37
1.5. Средства для моделирования процессов обработки материалов давлением 40
1.6. Постановка целей и задач исследования 45
2. Исследование напряженно-деформированного состояния заготовки в пакете Deform 47
2.1. Метод конечных элементов 47
2.2. Моделирование процесса интенсивной пластической деформации 50
2.3. Выводы по главе 104
3. Экспериментальные исследования способа пластического структурообразования 106
3.1. Цели и задачи эксперимента 106
3.2. Экспериментальное исследования формоизменения заготовки...106
3.3. Анализ структуры свинцовых образцов 127
3.4. Анализ структуры и свойств образцов из сплава АМгб 129
3.5. Анализ структуры и свойств меди марки М1 136
3.6. Выводы по главе 141
4. Исследование технологических параметров процесса структурообразования 143
4.1. Выдавливание в незакрепленной матрице 143
4.2. Исследование зависимости функций отклика от технологических параметров с помощью статистических методов 147
4.2.1. Выбор варьируемых факторов и определение значений функций отклика 147
4.2.2. Задание исходных данных. Реализация эксперимента и анализ полученных результатов 150
4.3. Выводы по главе 164
5. Использование способа пластического структурообразования металлов 165
5.1. Возможности применения исследуемого способа 165
5.2. Устройство для способа пластического структурообразования металлов 171
5.3. Выводы по главе 173
Заключение 174
Библиографический список 176
Приложения 191
- Средства для моделирования процессов обработки материалов давлением
- Моделирование процесса интенсивной пластической деформации
- Анализ структуры и свойств образцов из сплава АМгб
- Задание исходных данных. Реализация эксперимента и анализ полученных результатов
Введение к работе
Актуальность. Повышение качества макро- и микроструктуры, а следовательно, физико-механических свойств металлических изделий и полуфабрикатов, является одной из актуальных задач металлургии и машиностроения. Для решения таких задач созданы и продолжают создаваться инновационные способы, устройства и технологии получения материалов с заданной структурой и свойствами.
В настоящее время материалы с высоким уровнем физико-механических свойств получают методами порошковой металлургии, термомеханической обработкой, а также воздействием на материалы интенсивной пластической деформацией.
Все вышеперечисленные методы имеют свои достоинства и недостатки, а также порой являются малопригодными и сложноосуществимыми. Отдельные способы требуют сложного специального оборудования, что влечет за собой дополнительные капитальные вложения.
Для выпуска массовой продукции наиболее перспективны деформационные технологии, основанные, в частности, на развитии методов интенсивной пластической деформации (ИПД), т.е. процессов деформирования при температурах ниже порога рекристаллизации с высоким уровнем накопленной деформации.
В настоящей работе предлагается и исследуется новая схема интенсивной пластической деформации металлов, которая сочетает в себе известные операции: высадку, выдавливание в кольцевую полость, прошивку и обратное выдавливание. Преимущество данного способа перед другими заключается в осуществлении непрерывного (без извлечения полуфабриката из технологической оснастки) интенсивного деформирования металла, которое позволяет значительно измельчать структуру и изменять свойства исходного металла. Впоследствии изделия из таких материалов, обладая высоким комплексом физико-механических свойств, имеют большое значение для ускоренного развития металлургической, машиностроительной и других отраслей промышленности. В этом плане диссертационная работа является актуальной.
Цель и задачи работы: на основании накопленного опыта, математического и натурного моделирования, выполнить комплексное исследование новой схемы интенсивной пластической деформации металлов, приводящей к изменению микроструктуры исходной заготовки; разработать рекомендации по использованию рассматриваемого способа для получения полуфабрикатов с высоким уровнем механических свойств; разработать устройство для его осуществления.
Для достижения указанной цели поставлены следующие научные задачи:
– осуществить математическое моделирование исследуемого способа;
– провести натурное моделирование способа интенсивной пластической деформации металлов;
– исследовать и проанализировать параметры очага деформации, определяющие эффективность деформации;
– исследовать особенности обработки и воздействие на микроструктуру при деформировании цветных металлов и сплавов;
– разработать рекомендации по изготовлению и использованию полуфабрикатов и готовых изделий, полученных рассматриваемым способом в промышленных условиях с целью повышения качества продукции.
Научная новизна.
– предложена новая схема интенсивной пластической деформации металлов для изменения их микроструктуры и физико-механических свойств;
– впервые произведено компьютерное моделирование рассматриваемого способа в пакете DEFORM с целью выявления и исследования наиболее значимых параметров очага деформации, определяющих эффективность структурообразования, а также определения рациональной конструкции инструмента, условий деформирования, энергосиловых параметров процесса;
– впервые осуществлен комплекс натурных экспериментов с детальным анализом полученных результатов, позволяющих оценить адекватность компьютерного моделирования;
– впервые, используя методы математического моделирования, статистической обработки результатов экспериментов, получена математическая модель расчета усилия обратного выдавливания P и величины С (величины, оценивающей степень дефектов, возникающих в результате деформирования) на стадии обратного выдавливания (из «стакана» в цилиндр);
– определены режимы деформирования образцов из цветных металлов и сплавов, при которых происходят процессы структурообразования, а также изменения их физико-механических свойств (повышение прочности и пластичности);
– на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований выработаны рекомендации по использованию изделий и полуфабрикатов, полученных исследуемым способом в промышленных условиях с целью повышения качества продукции;
– разработано устройство для получения полуфабрикатов методом интенсивной пластической деформации (заявка на способ и устройство пластического структурообразования находится на рассмотрении в ФГУ ФИПС).
Достоверность. Обусловлена наличием хорошей сходимости между результатами математического моделирования кинематических характеристик, параметров формоизменения при осуществлении процесса интенсивной пластической деформации с результатами лабораторных экспериментов. Для решения вариационных задач использовался современный пакет DEFORM, применяемый на многочисленных предприятиях и институтах в России и мире. При анализе результатов вычислительных и лабораторных экспериментов использовались методы статистической обработки.
Практическая значимость.
Разработан и исследован способ интенсивной пластической деформации металлов, предложено устройство для его осуществления, позволяющее непрерывно воздействовать на заготовку, создавая в ней значительные напряжения и деформации, вследствие чего измельчается микроструктура исходной заготовки.
В результате теоретических и экспериментальных исследований разработан ряд технологических режимов, позволяющих изготовить полуфабрикаты из алюминиевого сплава АМг6 и меди М1, а также других цветных металлов и сплавов с повышенными физико-механическими свойствами.
Предложена математическая модель расчета усилия обратного выдавливания P и величины С (величины, оценивающей степень дефектов, возникающих в результате деформирования) на стадии обратного выдавливания (из «стакана» в цилиндр);
Материалы диссертации используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности «Машины и технологии обработки металлов давлением» в Южно-Уральском государственном университете.
Апробация результатов работы. Основные положения работы и отдельные ее результаты доложены на следующих конференциях:
– 8-я Международная научно-практическая конференция по высоким технологиям и фундаментальным исследованиям (ВТ и ФИ) Высокие технологии, прикладные исследования, промышленность (г. Санкт-Петербург, 2009 г.);
– V-я научно-практическая конференция Научно-технический прогресс в металлургии, (г. Темиртау, Республика Казахстан, 2009 г.);
– III Международная Казахстанская металлургическая конференция (г. Караганда, Республика Казахстан, 2010 г.);
– II Международный конгресс «Цветные металлы – 2010», (г. Красноярск, 2010 г.);
– ежегодные научно-практические конференции ЮУрГУ (2003–2010 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 патента РФ, 7 статей и тезисов докладов. В числе изданий рекомендованных ВАК РФ по специальности защиты опубликовано 5 статей, кроме того, 1 заявка на получение патента находится на рассмотрении в ФГУ ФИПС).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников из 158 наименований, содержит 190 страниц машинописного текста, приложений, 189 рисунков и 22 таблиц.
Средства для моделирования процессов обработки материалов давлением
В результате получают пластинки диаметром 5—15 и толщиной 0,2—3,0 мм с плотностью 70—90 % от теоретической плотности соответствующего материала (до 97 % для НК металлов и до 85 % для нанокерамики [8, 9]). Полученные этим способом компактные наноматериалы в зависимости от условий испарения и конденсации состоят из частиц со средним размером от 1—2 до 80—100 нм.
Исключение контакта с окружающей средой при получении нанопорошка и его прессовании позволяет избежать загрязнения компактных НК образцов, что весьма важно при изучении наноструктуры металлов и сплавов. Описанную в [3, 8, 9, 10] аппаратуру можно применять для получения компактных НК оксидов и нитридов: в этом случае металл испаряется в кислородо- или азотсодержащую атмосферу. Пористость нанокерамики, полученной компактированием порошков, связана с тройными стыками кристаллитов. Уменьшение дисперсности порошков сопровождается заметным снижением их уплотняемости при прессовании с использованием одинаковой величины давления. Понижение и более равномерное распределение пористости достигаются прессованием при такой повышенной температуре, которая еще не приводит к интенсивной рекристаллизации.
В целом для получения компактных НК материалов, в особенности керамических, перспективно прессование с последующим высокотемпературным спеканием нанопорошков. При реализации этого способа необходимо избегать укрупнения зерен на стадии спекания спрессованных образцов. Это возможно при высокой исходной плотности прессовок, когда процессы спекания протекают достаточно быстро, и при относительно низкой температуре (менее 0,5 Т). Создание таких плотных образцов проблема серьезная, поскольку нанокристаллические порошки плохо прессуются и традиционные методы статического прессования не приводят к достаточно высокой плотности. Физическая причина плохой прессуемости нанопорошков — межчастичные адгезионные силы, относительная величина которых резко возрастает с уменьшением размера частиц.
Термомеханическая обработка (ТМО) относится к комбинированным способам изменения строения и свойств материалов.
Термомеханическая обработка металлов (ТМО) — совокупность операций деформации, нагрева и охлаждения (в различной последовательности), в результате которой происходит формирование окончательной структуры металла, а, следовательно, и его свойств, происходит в условиях повышенной плотности и оптимального распределения несовершенств строения, созданных пластической деформацией [29]. Таким образом, 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 существенное влияние оказывают присутствующие в реальных сплавах несовершенства строения (дислокации, дефекты упаковки, вакансии). С другой 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 на их количество и распределение [28, 29, 32, 34].
В зависимости от температуры, при которой проводят деформацию, различают высокотемпературную термомеханическую обработку (ВТМО) и низкотемпературную термомеханическую обработку (НТМО).
При НТМО холодная деформация проводится сразу после закалки до начала старения. Закаленный сплав имеет структуру пересыщенного твердого раствора. И, несмотря на увеличение прочности, сохраняет пластические свойства, поэтому после закалки его можно подвергать холодному деформированию со степенью 15-20%. Возникающий наклеп позволяет увеличить прочность за счет увеличения дефектов кристаллического строения.
При последующем старении выделение вторичных фаз блокирует дефекты, увеличивая сопротивление деформации, повышая тем самым прочность. Холодная деформация проводится как на прокатном стане, так и растяжением. Растяжение позволяет одновременно выправить искажение формы полуфабрикатов, полученную при закалке.
ВТМО представляет собой сочетание упрочняющей термообработки и горячей пластической деформации. Горячая деформация проводится после нагрева под закалку, а резкое охлаждение проводится сразу после деформации. Деформация позволяет повысить прочность за счет увеличения плотности дефектов кристаллической решетки, т.е. за счет создания наклепа. Степень деформации должна быть такой, чтобы не вызвать начало рекристаллизации, то есть при температуре деформации проходит только динамическая рекристаллизация.
В результате в металле образуется сетка дислокаций, создающая ячеистую субзеренную структуру. Это позволяет не только повысить прочность, но и сохранить высокую пластичность и вязкость. Резкое охлаждение фиксирует эту структуру. Последующее старение ведет к распаду пересыщенного твердого раствора, а выделяющиеся частицы вторичных фаз располагаются вдоль сетки дислокаций, препятствуя их перемещению и способствуя увеличению прочности. Технологически ВТМО проводят при горячей прокатке или горячем прессовании. В этом случае оборудование позволяет за небольшой промежуток времени продеформировать металл с достаточно большой величиной деформации. И сразу после этого есть возможность быстрого охлаждения.
Низкотемпературная термомеханическая обработка, во-первых, обеспечивает получение более высоких свойств прочности и предела выносливости, чем ВТМО и, во-вторых, в связи с отсутствием опасности рекристаллизации создает возможность применения разнообразных методов пластического деформирования, в том числе с малой скоростью (обычно наиболее желательной для создания оптимальной структуры), но в пределах устойчивости переохлажденного аустенита.
Моделирование процесса интенсивной пластической деформации
Устройство для осуществления способа содержит подкладную плиту 1, на которой расположена заготовка 2, матрицу 3, установленную на плите 1, полый пуансон 4 с закругленной внутренней кромкой для облегчения выдавливания металла, бандаж матрицы 5, пуансон 6. Плита 1 выполнена с высокой шероховатостью поверхности для избежания подъема матрицы 3 и вытекания металла из-под нее. Второй пуансон 6 расположен внутри полого пуансона 4. Способ осуществляют следующим образом. Металлическую круглую или с другим профилем заготовку помещают в матрицу 3 на плиту 1. Затем на заготовку ставят сплошной 6 и полый 4 пуансоны одинаковой высоты, которые осуществляют закрытую осадку до заранее определенного усилия, достаточного для заполнения пустот. Затем производят обратное выдавливание металла, прикладывая усилие Р к верхней кольцевой поверхности пуансона 4. По прохождении металлом около 90% расстояния от высоты полого пуансона обратное выдавливание останавливают и производят прямое выдавливание пуансоном 6, прикладывая к нему усилие Р, до совпадения нижних поверхностей пуансонов 6 и 4. Далее процесс повторяют нужное число раз, после чего пуансоны 6 и 4 извлекают, матрицу 3 переворачивают на 180, перемещают заготовку до соприкосновения с плитой 1 и процесс производят заново.
В 2010 году способ [1] был развит в кандидатской диссертации Андреевым А.П. [158], который предложил технологию деформирования методом многократного выдавливания с целью получения крупногабаритных упрочненных заготовок, приведенную на рисунке 1.15. Способ состоит из операций обратного выдавливания стакана, образования первоначальной формы заготовки радиальным выдавливанием из «стакана», обратного выдавливание стержня с утолщением и образования исходной формы радиальным выдавливанием из стержня с утолщением. Преимуществом работы является то, что в ней содержаться алгоритм построения вариантов процесса при ИПД методом многократного выдавливания, а также предложены возможные формы деталей и полуфабрикатов, получаемые после ИПД выдавливанием, что существенно с прикладной стороны исследования.
А.П. Андреев проанализировал, так называемый, вариант № 1 [158], представленный на рисунке 1.15, но анализ напряженно-деформированного состояния (рис. 1.16) произведен без учета операции «образования исходной формы радиальным выдавливанием из стержня с утолщением». К сожалению, автор не приводит где и каким образом было произведено металлографическое исследование микроструктуры образов, а также исследование физико- механических свойств полученных образцов.
Новая схема интенсивной пластической деформации, направленная на повышение технологических свойств заготовки, предложенная на кафедре МиТОМД ЮУрГУ. На основании анализа имеющихся схем деформирования, направленных на получение металлов с измельченной структурой, на кафедре «Машины и технологии обработки материалов давлением» был принят к исследованию способ, который сочетает в себе операции высадки, выдавливания в кольцевую полость, прошивки и обратного выдавливания. Некоторые авторы предлагают обобщить вышеназванные способы и обозначить их как «выдавливание», но автор работы видит целесообразным разграничить стадии процесса деформирования, что позволит более точно оценить течение и структуроизменение металла.
Вышеназванный процесс предлагается осуществить в контейнере, состоящем из подвижной матрицы и основания, диаметр которого равен внутреннему диаметру матрицы в пределах скользящей посадки (рис. 1.17). Формоизменение заготовки происходит под воздействием пуансона и подвижной матрицы. Способ осуществляют следующим образом. Металлическая заготовка помещается во внутрь подвижной матрицы, опираясь нижним торцем в основание контейнера. Под воздействием усилия, приложенного со стороны пуансона, начинается процесс свободной осадки (рис. 1.18а). После заполнения свободного пространства матрицы материалом происходит, закрытая осадка (рис. 1.186), сопровождаемая перемещением подвижной матрицы в сторону противоположную движению пуансона. В момент внедрения пуансона в тело металла (формирование «стакана») начинается прошивка, которая осуществляется до тех пор, пока высота дна «стакана» не составит менее 7—10 % от высоты исходной заготовки (рис. 1.18в). Далее начинается процесс обратного выдавливания: усилие деформирования прикладывается со стороны подвижной матрицы, а пуансон выступает в качестве противодавления, необходимого для устойчивого протекания процесса (рис. 1.18г). Далее цикл начинается с операции закрытой осадки и повторяется необходимое число раз.
Анализ структуры и свойств образцов из сплава АМгб
В настоящее время созданы и продолжают создаваться программные пакеты, позволяющие с достаточной точностью воссоздать процесс обработки материалов давлением и оценить все необходимые конструктивные и силовые факторы. Это в значительной степени облегчает процесс проведения исследований.
Среди наиболее распространенных можно выделить ANSIS, LS-Dyna, Deform и пр. ANSIS — многоцелевой конечно-элементный пакет для проведения анализа в широкой области инженерных дисциплин: -прочность -теплофизика -динамика жидкостей и газов -электромагнетизм LS-DYNA - многоцелевой конечно-элементный комплекс для анализа высоконелинейных и быстротекущих процессов в задачах механики твердого и жидкого тела, динамичных задач физики и процессов, имеющих значительную нелинейность, и очень хорошо подходит для решения задач ОМД, поскольку течение пластической деформации в процессах ОМД обладает большой нелинейностью и быстопротекаемостью. Программы LS-DYNA и ANSIS позволяют моделировать практически все процессы ОМД, начиная от простой подгибки или осадки заготовки и заканчивая деформацией многослойных сплавов или деформацией взрывом. При этом в отличие от теоретических исследований, где есть значительные ограничения по размерам и форме заготовки здесь ограничения отсутствуют. Это связано с тем, что при построении конечно-элементой модели выполняется разбиение заготовки любой сложности на элементарные ячейки (пирамиды, четырехугольники, треугольники и др.). Что значительно расширяет области применении данной программы. Моделирование процессов ОМД в этих программах позволяет вычислить все необходимые параметры: НДС в любой точке детали и деформируемого инструмента в любой заданный момент времени, а также энергетические параметры процесса, значения усилий и моментов, нормальных и касательных сил, контактные значения процесса и многое другое, что необходимо при создании оптимального технологического процесса, для глубокого анализа и понимания процессов, происходящих в заготовке при пластическом деформировании металла. Продукты компании Dassault Systmes (CATIA, DELMIA, ENOVIA, SIMULIA) и компании Simufact (Simufact.Forming), направленные на моделирование производственных процессов, охватывают весь цикл проектирования продукции, от создания концепции изделия до создания готовой модели, включая различные виды анализа и сборки. Основные трудности моделирования это наличие разнообразного количества различных меню и параметров, требующих ввода, что требует высокой подготовки и глубокого понимания процессов и необходимость высокопроизводительных систем для их решения. Семейство продуктов системы DEFORM Система DEFORM - это система имитации технологического процесса, основанная на методе конечных элементов (FEM). Данный метод разработан для анализа различных технологий штамповки и термической обработки, которые могут применяться в промышленности, где производится обработка металлов под давлением. При моделировании режимов обработки на компьютере, данная программа позволяет конструкторам и инженерам выполнять следующие задачи: - сократить время, затрачиваемое в условиях производства на проведение дорогостоящих испытаний и на модернизацию инструментальной оснастки и технологий; -снижать себестоимость и материальные затраты, улучшать дизайн инструмента и штампов; - сократить время, затрачиваемое на освоение новой продукции. DEFORM-2D (2D) Продукт доступен для работы на платформах операционной системы UNIX (HP, SGI, SUN, DEC), a также для работы с операционными системами Windows-NT/2000/XP или Linux. С помощью простой двухмерной модели продукт производит моделирование плоскостной деформации или осесимметричных элементов. Полный функциональный пакет, в котором содержатся самые последние разработки моделирования по методу конечных элементов, отлично подходит как для производства, так и для научных работ. DEFORM-3D (3D) Продукт доступен для работы на платформах операционной системы UNIX (HP, SGI, SUN, DEC), a также с операционными системами Windows-NT/2000/XP или Linux. Продукт DEFORM-3D производит моделирование сложных трехмерных структур в конкретном материале. Продукт идеально подходит для деталей, анализ которых может производиться только в трехмерной модели. Характеристики — сопряженное моделирование характеристик деформации и теплопередачи для имитации технологических процессов холодной, теплой или горячей штамповки (любой продукт); — обширная база данных на основные сплавы, включая сталь, алюминий, титан и другие сверхлегированные сплавы (любой продукт); — ввод данных любого материала, задаваемый пользователем (материал, не включенный в базу данных (любой продукт)); — информация о пластической деформации материала, его посадки в штамп, нагрузке, прилагаемой при горячей штамповке, напряжении на штамп, направлении волокна, образовании дефектов и вязком разрушение (любой продукт); — модели на жесткие, упругие и термовязкопластичные материалы, которые идеально подходят для моделирования крупной деформации (любой продукт); — модель упругопластического материала, создаваемая для анализа характеристик остаточного напряжения и упругого последействия (Pro, 2D, 3D); — модель пористого материала, создаваемая для моделирования изделий, получаемых методом порошковой металлургии (Pro, 2D, 3D); — комплексные модели штамповочного оборудования для работы гидравлических прессов, молотов, винтовых прессов и механических прессов (любой продукт);
Задание исходных данных. Реализация эксперимента и анализ полученных результатов
В целом для получения компактных НК материалов, в особенности керамических, перспективно прессование с последующим высокотемпературным спеканием нанопорошков. При реализации этого способа необходимо избегать укрупнения зерен на стадии спекания спрессованных образцов. Это возможно при высокой исходной плотности прессовок, когда процессы спекания протекают достаточно быстро, и при относительно низкой температуре (менее 0,5 Т). Создание таких плотных образцов проблема серьезная, поскольку нанокристаллические порошки плохо прессуются и традиционные методы статического прессования не приводят к достаточно высокой плотности. Физическая причина плохой прессуемости нанопорошков — межчастичные адгезионные силы, относительная величина которых резко возрастает с уменьшением размера частиц.
Термомеханическая обработка (ТМО) относится к комбинированным способам изменения строения и свойств материалов. Термомеханическая обработка металлов (ТМО) — совокупность операций деформации, нагрева и охлаждения (в различной последовательности), в результате которой происходит формирование окончательной структуры металла, а, следовательно, и его свойств, происходит в условиях повышенной плотности и оптимального распределения несовершенств строения, созданных пластической деформацией [29]. Таким образом, 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 существенное влияние оказывают присутствующие в реальных сплавах несовершенства строения (дислокации, дефекты упаковки, вакансии). С другой 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 на их количество и распределение [28, 29, 32, 34]. В зависимости от температуры, при которой проводят деформацию, различают высокотемпературную термомеханическую обработку (ВТМО) и низкотемпературную термомеханическую обработку (НТМО). При НТМО холодная деформация проводится сразу после закалки до начала старения. Закаленный сплав имеет структуру пересыщенного твердого раствора. И, несмотря на увеличение прочности, сохраняет пластические свойства, поэтому после закалки его можно подвергать холодному деформированию со степенью 15-20%. Возникающий наклеп позволяет увеличить прочность за счет увеличения дефектов кристаллического строения. При последующем старении выделение вторичных фаз блокирует дефекты, увеличивая сопротивление деформации, повышая тем самым прочность. Холодная деформация проводится как на прокатном стане, так и растяжением. Растяжение позволяет одновременно выправить искажение формы полуфабрикатов, полученную при закалке. ВТМО представляет собой сочетание упрочняющей термообработки и горячей пластической деформации. Горячая деформация проводится после нагрева под закалку, а резкое охлаждение проводится сразу после деформации. Деформация позволяет повысить прочность за счет увеличения плотности дефектов кристаллической решетки, т.е. за счет создания наклепа. Степень деформации должна быть такой, чтобы не вызвать начало рекристаллизации, то есть при температуре деформации проходит только динамическая рекристаллизация. В результате в металле образуется сетка дислокаций, создающая ячеистую субзеренную структуру. Это позволяет не только повысить прочность, но и сохранить высокую пластичность и вязкость. Резкое охлаждение фиксирует эту структуру. Последующее старение ведет к распаду пересыщенного твердого раствора, а выделяющиеся частицы вторичных фаз располагаются вдоль сетки дислокаций, препятствуя их перемещению и способствуя увеличению прочности. Технологически ВТМО проводят при горячей прокатке или горячем прессовании. В этом случае оборудование позволяет за небольшой промежуток времени продеформировать металл с достаточно большой величиной деформации. И сразу после этого есть возможность быстрого охлаждения. Низкотемпературная термомеханическая обработка, во-первых, обеспечивает получение более высоких свойств прочности и предела выносливости, чем ВТМО и, во-вторых, в связи с отсутствием опасности рекристаллизации создает возможность применения разнообразных методов пластического деформирования, в том числе с малой скоростью (обычно наиболее желательной для создания оптимальной структуры), но в пределах устойчивости переохлажденного аустенита. Однако эта обработка: а) не снижает склонности стали к отпускной хрупкости, б) связана с необходимостью подстуживания, что усложняет технологическую схему и требует использования дополнительного термического оборудования, в) требует применения более высоких (по сравнению с ВТМО степеней обжатия (75—95%), причем в условиях повышенного сопротивления аустенита пластической деформации при температурах промежуточной области; это обусловливает необходимость создания и применения новых мощных деформирующих устройств; г) пригодна лишь для средне- и высоколегированных сталей с высокой устойчивостью аустенита, причем, необходимо учитывать, что деформирование аустенита резко уменьшает его устойчивость в бейнитной области. Недостатки ВТМО следующие: а) процессы типа рекристаллизационных, неизбежно происходящие при ВТМО, снижают эффект упрочнения; б) в связи с возможной интенсивной рекристаллизацией за счет внутреннего тепла ВТМО применима лишь для изделий определенной толщины.
