Нормализация стали относится к процессам закалки путём цикла нагрева до определённой температуры и охлаждения. Термическая обработка имеет различные режимы для каждого вида металлов. В результате применения технологии материал становится прочнее за счёт устранения дефектов. Последние неизбежно появляются в результате предыдущих этапов изготовления изделий из стали.
Назначение технологии
Нормализация стали может проводиться в гаражных условиях при наличии соответствующего оборудования. Достоинством технологии является получение тонкого эвтектоида. Строение этого слоя напрямую влияет на прочность и жесткость металла.
Так как нормализация стали проводится для улучшения качества изделия, соответственно, повышается стоимость его изготовления. Технология применяется лишь при необходимости. Для слабонагруженных деталей проводить её не требуется. Часто она применима для выпуска сортового металла.
Технология может быть заменой такой процедуры, как закалка с высоким отпуском, классический отжиг. Нормализация стали среднеуглеродистой не даёт высокой прочности, сравнимой со структурой после закалки. Но она не приводит к сильной деформации и помогает избавиться от внутренних трещин.
Суть технологии
Нормализация стали относится к термическому методу обработки. Существует несколько технологий нагрева металла, отличающихся по условиям:
- Температура нагрева у металлов и сплавов различна.
- Время выдержки в нагретом состоянии.
- Вид охлаждения чаще длительный происходит за счет теплообмена с окружающей средой.
Именно медленное охлаждение даёт возможность получить однородный состав стали. Цель отжига — это однородная структура металла, стремление убрать раковины и пустоты, мелкие трещины.
Используются следующие разновидности отжига, распространенные для снижения локальных утолщений после горячего и холодного проката:
- Диффузионный — изменяет химический состав.
- Полный — влияет на всю структуру, помогает добиться однородности.
- Рекристаллизационный — убирает наклеп сталей.
- Неполный — делает сталь более податливой для металлообработки.
- Изотермический — самый оптимальный способ снижения прочности стали.
- Сфероидизирующий — преобразует плоские зерна перлита в сферические.
Температура нормализации стали подбиралась опытным путём для каждого вида сплавов. После отливки или холодного проката ни одна заготовка не получается идеальной структуры. Исправить ситуацию помогает дополнительная термообработка — отжиг.
Исправление химического состава
Нормализация и закалка стали нужна для исправления внутренних неоднородностей после отливки. Термообработке подвергают фасонные отливки, слитки. Наиболее часто это требуется для изделий из легированных сталей.
Чтобы исправить дефекты стали, нужно нагревать до очень высокой температуры. В таком состоянии атомы легирующих элементов приходят в движение. Происходит равномерное их перераспределение по внутреннему объёму.
При 1100 градусах проходит оптимальная термическая обработка стали. Нормализация диффузионная длится около 10-20 часов в нагретом состоянии и далее следует очень медленное охлаждение.
Полный отжиг
Нормализация и закалка стали доэвтектоидной необходима для исправления структуры, нарушенной нагревом в процессе изготовления отливок и поковок, обрабатываемых давлением. Температура обработки должна превысить критическую точку, когда перлит начинает преобразовываться в аустенит.
Превышение температуры должно происходить строго на 30-50 градусов выше критической точки Ас3. Эту величину для легированных сталей берут из таблиц, а для углеродистых определяют из диаграммы состояний. Процесс нормализации:
- Начальный этап — нагрев на 30-50 градусов выше критической температуры Ас3. Происходит образование аустенитных зерен.
- Выдержка при высокой температуре сопровождается ростом аустенитных зёрен.
- Длительное равномерное охлаждение — мелкие кристаллики аустенита распадаются на несколько перлитных зерен. Происходит равномерное заполнение структуры ферритной перлитным слоем.
Неполный отжиг требуется для снижения твердости металлов. Чаще это необходимо по условиям обработки металлов резанием. В результате нормализации лишняя напряжённость стали устраняется. В отличие от полного отжига, весь процесс происходит при более низких температурах. Соответственно, затрачивается меньшее время.
Обработка сложнолегированных сталей
В процессе изотермической нормализации твердые металлы становятся более податливыми к обработке резанием. Нагрев происходит при следующих температурах:
- Конструкционные стали — не выше 30—50 градусов критической точки Ас3.
- Инструментальные стали — выше на 5—100 градусов точки Ас1.
В отличие от рассмотренных методов, при изотермическом отжиге проводится охлаждение стали, погруженной в расплавленную соль. Естественное охлаждение осуществляется после снижения температуры до 700 градусов. В этот момент аустенит полностью переходит в перлитные зерна.
Исправление нарушенной структуры металлов и сплавов
Двухступенчатое охлаждение сталей позволяет преобразовать пластинки перлита в зерна. Нагрев происходит до температуры выше точки Ас1. Затем она снижается до 700 и выдерживается до 500 градусов. Далее на воздухе длительно остывает металл. Эта нормализация носит название сфероидизирующая. В результате изделие без труда поддается резанию. Так обрабатывают металлы, содержащие 0,65 % углерода.
Наклеп — это образование более прочных областей металла после холодной штамповки или волочения. Убирает этот дефект рекристаллизационный отжиг — хрупкость сталей устраняется за счёт нагрева до 700 градусов (ниже Ас1). В этот момент восстанавливается кристаллизационная решетка металлов. Структура становится мелкозернистой и однородной. Также может проводиться светлый отжиг, восстанавливающий свойства сталей после проката листового, чтобы сохранить блестящую поверхность.
