» » Влияние термической и термомеханической обработки
11.01.2015

Степень воздействия жидкометаллической среды на деформируемый материал зависит от его термической и термомеханической обработки. В значительной мере это влияние определяется уровнем прочности и размером зерна, которые приобретают материалы в результате обработки. Ho действие термической и термомеханической обработки связано также с некоторыми особенностями структурного состояния материала.
В. Г. Марков исследовал эффект воздействия жидкого олова на перлитные хромомолибденованадиевые стали, подвергнутые отпуску при различных температурах. Закалку во всех случаях производили с 990° С, а отпуск — при 270, 370, 470, 570, 670 и 770° С; продолжительность отпуска при каждой температуре составляла 1,5 ч. Из заготовок сталей, прошедших указанные режимы термической обработки, изготовляли образцы с цилиндрической рабочей частью диаметром 6 мм, которые затем испытывали на растяжение со скоростью 1,25 мм/мин. Испытание образцов производили в ванне с жидким оловом и на воздухе при температуре 250/650° С.
Установлено, что наибольшему воздействию жидкого металла подвергается сталь после низкого и среднего отпуска (при температуре 270/470° С). Образцы, прошедшие такую термическую обработку, разрушаются хрупко, без пластической деформации, предел их прочности в 1,5—2 раза ниже, чем предел текучести на воздухе. Образцы, отпущенные при 570° С, разрушаются в олове нигде некоторой пластической деформации, диаграмма их растяжения обрывается в области равномерного деформирования. Отпуск при 670° С приводит к дальнейшему ослаблению влияния олова на сталь. В этом случае пределы текучести, предел прочности и равномерное удлинение образцов, испытанных на воздухе и в олове, одинаковы; влияние жидкого металла выражается лишь в снижении сосредоточенного удлинения. Образцы, прошедшие отпуск при 770° С, не обнаружили никакого влияния жидкометаллической среды.
Таким образом, повышение температуры отпуска приводит к уменьшению воздействия жидкого металла на механические свойства перлитной стали. Основная причина ослабления эффекта обусловлена в данном случае, по видимому, снижением прочности стали. Так, предел прочности на воздухе изменяется непрерывно приблизительно со 130 кг/mm2 после отпуска при 270° С до 55 кг/мм2 после отпуска при 670° С.
Аналогичные закономерности влияния термической обработки стали 30ХГСА на величину эффекта воздействия жидкого олова и оловянно-свинцового припоя установлены и работах, результаты их рассмотрены выше (см. табл. 35). В работе отмечено, что высокотемпературный отпуск перлитных хромоникелевых и углеродистых сталей уменьшает их чувствительность к воздействию расплавленных припоев.
Влияние термической и термомеханической обработки

Авторы работы исследовали влияние ртути при комнатной температуре на механические свойства дисперсионно-твердеющих алюминиевых сплавов в зависимости от продолжительности старения. На рис. 88 приведены результаты испытаний алюминиевого сплава, легированного 4,5% Cu, 0,6% Mn и 1,5% Mg. Видно, что увеличение продолжительности старения сплава, сопровождающееся упрочнением на воздухе, приводит к резкому падению его прочности в среде жидкой ртути. Интересно, что уже незначительное упрочнение сплава в начале процесса старения вызывает сильное влияние жидкого металла. Это указывает на зависимость воздействия жидкометаллической среды от структурного состояния материала.
Несколько иной характер влияния жидкого металла (ртуть с 2% Na) наблюдался при старении сплава Cu — 2% Be. Из рис. 89 следует, что испытание сплава в жидком металле не вызывает искажения (в качественном отношении) характера влияния старения на его предел текучести. В этом случае наблюдаются обычные стадии упрочнения и затем разупрочнения (при увеличении выдержки), связанного с перестарением сплава. Что же касается влияния жидкого металла на относительное удлинение материала, то оно было подобно влиянию на прочность, установленному в работе, т. е. эффект воздействия среды, выразившийся в снижении относительного удлинения, усиливается по мере упрочнения сплава и имеет наибольшую величину при максимальном упрочнении. Перестарение сплава приводит к уменьшению охрупчающего действия жидкометаллического покрытия.
Влияние термической и термомеханической обработки

На рис. 89 приводятся также результаты испытания медно-бериллиевого сплава, подвергнутого наклепу после закалки. Такая обработка способствует еще большему упрочнению сплава при старении, уменьшение же относительного удлинения выражено гораздо слабее. Например, наибольшее уменьшение удлинения после закалки и наклепа составляло около 60%, тогда как после одной закалки было близко к 100%.
Применение наклепа после термической обработки сплава, как показано в работах, обычно не вызывает изменения в степени воздействия жидкого металла. Так, наклеп медно-бериллиевого сплава после закалки и старения при 370° С в течение 0,5 и 12 ч, т. е. до пика упрочнения и за ним (см. рис. 89), не приводит ни к усилению, ни к ослаблению влияния жидкометаллической среды. Сплав, подвергшийся максимальному упрочнению при термической обработке (закалка и старение при 370° С в течение 1 ч), обнаружил усиление воздействия среды с увеличением степени наклепа.
Термомеханическая обработка материала в ряде случаев дает возможность повысить его прочность в жидкометаллической среде. В работах исследовалось влияние термомеханической обработки на механические свойства стали 40Х на воздухе и в контакте с эвтектикой Pb—Sn. Испытывали цилиндрические образцы диаметром 10 мм с круговым надрезом. Обработку материала производили в области концентратора напряжения. Образец устанавливали на специальном станке и нагревали пропусканием через него электрического тока до температуры аустенитизации; затем его охлаждали до температуры 400/600° С, при которой производили обкатку концентратора профильными роликами. Начальная глубина надреза, наносимого на токарном станке, составляла 1 мм, радиус у вершины — 0,2 мм, угол — 0,8 рад. Обкаткой роликами глубина надреза увеличивалась до 1,5 мм, радиус оставался неизменным. После обкатки образец подвергали закалке в масле с последующим отпуском. Кроме термомеханической обработки с обкаткой роликами применяли еще обработку с деформацией образца кручением. Оценивали также влияние наклепа при комнатной температуре на эффект воздействия жидкого металла на сталь после закалки и нормализации.
Влияние термической и термомеханической обработки

Из приведенных на рис. 90 диаграмм растяжения видно, что при температуре 400 и 500° С образцы, прошедшие закалку, разрушаются под действием жидкого металла в упругой области, испытывая многократное снижение прочности. Некоторое повышение прочности достигается наклепом образцов, обкаткой роликами при комнатной температуре и термомеханической обработкой с помощью кручения. К наибольшему же повышению прочности приводит термомеханическая обработка с использованием обкатки образцов роликами. Однако хотя при испытании на воздухе такая обработка дает резкое повышение пластичности образцов, при испытании в расплаве образцы разрушаются хрупко. Следует отмстить, что способ термомеханической обработки, оказавшийся эффективным для стали 40Х, не дал положительного результата для стали 2X13 ни при испытании на воздухе, ни в расплаве эвтектики Pb—Sn. Степень влияния жидкого металла в этом случае была примерно такая же, как и после закалки и отпуска, сообщающих стали тот же уровень прочности и пластичности.
Приведенные выше данные показывают, что повышение прочности материала в результате термической или термомеханической обработки приводит, как правило, к усилению воздействия жидкого металла. Эффект упрочнения стали 40Х в эвтектике Pb—Bi после обкатки концентратора напряжения роликами связан, очевидно, в основном с появлением в поверхностном слое образца сжимающих напряжений, так как термомеханическая обработка по такому же режиму, но с деформацией образца кручением не приводит к аналогичным результатам. Структурный фактор оказывает, по-видимому, влияние на степень воздействия жидкометаллической среды в случае испытания дисперсионно-упроченных сплавов. Следует ожидать усиления влияния среды на эти сплавы, так как в них возможно появление значительных концентраций напряжений в районе мелкодисперсных выделений, являющихся серьезными препятствиями на пути движения дислокаций.