Технология термовибрационной обработки включает в себя кратковременный низкотемпературный отпуск, совмещенный с виброакустической камерой.

Температура отпуска 140-350ОС.
Время отпуска от 20 до 50 мин.
Время виброакустического воздействия от 7 до 40 мин.

1. в виброакустическую камеру детали закладываются в виде садки в разогретом состоянии
2. немедленно подается мощный поток сжатого воздуха (расход до 1.2 м3/мин), инициирующий виброзвуковые колебания в широком диапазоне частот (от 100 Гц до 160Гц)
3. мощность звука достигает 120 дБ;
4. общее время обработки составляет от 7 до 40 мин;
5. обработка происходит на всю толщину изделия;
6. внешние параметры детали (геометрические размеры и шероховатость) не изменяются;
7. меняется цвет полированной поверхности только на быстрорежущих сталях (из-за появления сверхтонкой окисной плёнки).

Виброакустическое воздействие, совмещенное с кратковременным средним отпуском инструментальной стали в виброзвуковой камере - термовибрационная обработка инструмента существенно ускоряет структурные процессы, характерные для распада пересыщенного твердого раствора, полученного сдвиговым (бездиффузионным) превращением. Такую комбинированную обработку можно рассматривать, как вид старения, обеспечивающего определенные особенности структурного состояния инструментальной стали.

Данная обработка - старение способствует развитию диффузионных процессов, интенсифицирует распад мартенсита с выделением и коагуляцией карбидов цементитного типа, приводит к уменьшению упругих искажений кристаллической решетки (пересыщенного твердого раствора - мартенсита). При этом одновременно с распадом мартенсита (превращением мартенсита закалки в мартенсит отпуска) происходит распад остаточного аустенита - его превращение в мартенсит отпуска. Количество остаточного аустенита уже после однократного термоакустического цикла уменьшается с 25-27 % до 2-3 %. Старение способствует карбидообразованию с выделением промежуточных карбидов (например, Fe2C) и последующим образованием, ростом и коагуляцией стабильных (равновесных) карбидов (например, Fe3C, а так же легированного цеметита). Такая обработка ускоряет перераспределение точечных дефектов и повышение степени совершенства кристаллической решетки. Кроме того, она вызывает перераспределение атомов легирующих элементов, прежде всего, углерода и азота в твердом растворе с образованием микронеоднородностей состава.

В течение непродолжительного времени, благодаря термовибрационному старению происходит дораспад остаточного аустенита и довыделение карбидов в готовом инструменте (в закаленной отпущенной инструментальной стали), что самым благоприятным образом сказывается на служебных свойствах инструмента. Выделившиеся карбиды очень дисперсны (незначительны по размерам) и когерентно связаны с матрицей. Кристаллическая решетка карбида естественным образом связана с решеткой мартенсита - отсутствует большеугловая граница перехода: карбид-матрица, что способствует низкой травимости и выявляемости этих карбидов.

Старение интенсифицирует перегруппировку и выстраивание дислокаций в стенки, тем самым, снимая фазовый наклеп, возникающий в результате закалки и сохраняющийся после традиционных отпусков. В результате плотность дислокаций в матрице значимо не меняется, снижаются внутренние (закалочные) напряжения и инструментальная сталь приобретает некоторый запас вязкости - становится менее хрупкой.

Виброакустическое воздействие так же инициирует перегруппировку точечных дефектов, возникающих при закалке стали. Уменьшение искаженности кристаллической решетки и, как следствие, определенное снижение прочности компенсируется дисперсионным упрочнением в результате довыделения из раствора наночастиц карбидов, когерентно связанных с матрицей.

В результате наложения различных структурных эффектов при термовибрационном старении твердость, как и прочность инструментальной стали практически не меняется, однако, инструмент приобретает запас вязкости и, самое главное, повышенную износостойкость. Последнее обусловлено присутствием наноразмерных частиц карбидов в структуре инструментальной стали, подвергнутой старению.

Таким образом, термовиброакустическое старение, ускоряя структурные процессы, характерные для распада пересыщенного твердого раствора, полученного закалкой - мартенситным превращением, создает определенные особенности структурного состояния инструментальной стали. Структура состаренного инструмента, похожа на структуру традиционно отпущенной инструментальной стали. В то же время она несколько отличается от традиционной по следующим показателям:

1. наличию в мартенсите высокодисперсных наноразмерных карбидов (легированного цементита) с кристаллической решеткой, когерентной решетке матрицы, что создает дополнительное дисперсионное упрочнение стали,
2. меньшей искаженности кристаллической решетки из-за перегруппировки точечных дефектов и дислокаций, что приводит к снижению прочности и повышению вязкости стали,
3. наличию субструктуры из-за выстраивания дислокаций в стенки и их миграции, что почти не влияет на разупрочнение,
4. пониженным внутренним (закалочным) напряжениям, что создает дополнительный резерв вязкости,
5. минимальному содержанию остаточного аустенита,
6. наличию микронеоднородностей состава мартенсита из-за перераспределения углерода и азота, что практически не влияет на эксплуатационные свойства инструментальной стали.