Термомехани́ческая обрабо́тка (ТМО) металлов и сплавов — совокупность операций деформации, нагрева, охлаждения, в результате которых формирование окончательной структуры и свойств материала происходит в условиях повышенной плотности и оптимального распределения несовершенств строения, созданных пластической деформацией. ТМО — один из комбинированных технологических процессов упрочняющей обработки, сопровождающейся изменением строения и свойств материалов. Механизм и кинетика структурных изменений при ТМО зависят от структуры исходного металла или сплава.
Классифицируют ТМО по последовательности проведения пластического деформирования и условиям термической обработки (например, низкотемпературная и высокотемпературная термомеханическая обработка). При высокотемпературной термомеханической обработке сталь нагревают до температуры аустенитного состояния (выше температуры рекристаллизации), и осуществляют деформацию, что ведет к наклепу аустенита, а затем подвергают закалке с отпуском. В результате устраняется развитие отпускной хрупкости стали и повышается ее ударная вязкость при комнатной температуре, понижается температурный порог хладоломкости, повышается сопротивление хрупкому разрушению, уменьшается чувствительность к трещинообразованию при термической обработке. Такую обработку используют для углеродистых, легированных, конструкционных, пружинных, инструментальных сталей. Также используется вариант высокотемпературной термомеханической обработки с диффузионным (перлитным) способом, когда сталь после аустенитизации подстуживают до температуры перлитного превращения и деформируют во время этого превращения.
При низкотемпературной термомеханической обработке сталь нагревают до аустенитного состояния, выдерживают при высокой температуре, охлаждают до уровня выше температуры начала мартенситного превращения, но ниже температуры рекристаллизации, при которой осуществляют обработку давлением и закалку. Также проводят низкотемпературную термомеханическую обработку с деформацией переохлажденного аустенита при температуре бейнитного превращения. Низкотемпературная термомеханическая обработка не снижает склонности стали к отпускной хрупкости и требует высоких степеней деформации, ее применяют к среднеуглеродистым легированным сталям, закаливаемым на мартенсит, имеющим вторичную стабильность аустенита. Для осуществления низкотемпературной термомеханической обработки требуется мощное оборудование для деформации, что ограничивает ее промышленное использование.
В зависимости от природы сплава схемы ТМО могут быть разными, их выбор определяется многообразием возможных фазовых превращений. Формирование структуры сплава под воздействием пластической деформации при высоких температурах отличается от процесса структурообразования при обычной термической обработке, так как плотность дефектов выше и они имеют специфическое распределение. В результате ТМО можно получить на технических сплавах большие значения прочности, чем при легировании и после обычной термообработки. При сравнимой прочности после ТМО сплавы становятся более пластичными и вязкими, приобретают уникальное сочетание повышенной прочности и повышенного сопротивления разрушению.