Принцип нормалізації сталі

Нормалізація стали відноситься до процесів загартування шляхом циклу нагрівання до певної температури і охолодження. Термічна обробка має різні режими для кожного види металів. В результаті застосування технології матеріал стає міцніше за рахунок усунення дефектів. Останні неминуче з'являються в результаті попередніх етапів виготовлення виробів із сталі.

Призначення технології

Нормалізація сталі може проводитися в гаражних умовах за наявності відповідного обладнання. Перевагою технології є отримання тонкого эвтектоида. Будова цього шару безпосередньо впливає на міцність і жорсткість металу.


Так як нормалізація стали проводиться для поліпшення якості виробу, відповідно, підвищується вартість його виготовлення. Технологія застосовується лише при необхідності. Для слабонавантажених деталей проводити її не потрібно. Часто вона застосовується для випуску сортового металу. Технологія може бути заміною такої процедури, як гартування з високим відпуском, класичний відпал. Нормалізація середньовуглецевої сталі не дає високої міцності, порівнянної зі структурою після гарту. Але вона не призводить до значної деформації і допомагає позбавитися від внутрішніх тріщин.

Суть технології

Нормалізація стали відноситься до термічного методу обробки. Існує кілька технологій нагрівання металу, що відрізняються за умовами:

Температура нагріву у металів і сплавів різна.

Час витримки в нагрітому стані.

Вид охолодження частіше тривалий відбувається за рахунок теплообміну з навколишнім середовищем.

Саме повільне охолодження дає можливість отримати однорідний склад сталі. Мета відпалу — це однорідна структура металу, що прагнення прибрати раковини і порожнечі, дрібні тріщини.


Використовуються наступні різновиди відпалу, поширені для зниження локальних потовщень після гарячого і холодного прокату:

Дифузійний — змінює хімічний склад.

Повний — впливає на всю структуру, допомагає добитися однорідності.

Рекристалізаційне — прибирає наклеп сталей.

Неповний — робить сталь більш податливою для металообробки.

Ізотермічний — найоптимальніший спосіб зниження міцності сталі.

Сфероидизирующий — перетворює плоскі зерна перліту в сферичні.

Температура нормалізації сталі підбиралася дослідним шляхом для кожного виду сплавів. Після відливання або холодного прокату ні одна заготовка не виходить ідеальної структури. Виправити ситуацію допомагає додаткова термообробка — відпал.

Виправлення хімічного складу

Нормалізація і гартування сталі потрібна для виправлення внутрішніх неоднорідностей після виливки. Піддають термообробці фасонні виливки, злитки. Найбільш часто це потрібно для виробів з легованих сталей. Щоб виправити дефекти стали, потрібно нагрівати до високої температури. В такому стані атоми легуючих елементів приходять в рух. Відбувається рівномірне їх перерозподіл за внутрішнім обсягом. При 1100 градусах проходить оптимальна термічна обробка сталі. Нормалізація дифузійна триває близько 10-20 годин в нагрітому стані і далі слід дуже повільне охолодження.

Повний відпал

Нормалізація і загартування доевтектоїдной стали необхідна для виправлення структури, порушеною нагріванням у процесі виготовлення виливків і поковок, що обробляються тиском. Температура обробки повинна перевищити критичну точку, коли перліт починає перетворюватися в аустеніт.
Перевищення температури повинно відбуватися строго на 30-50 градусів вище критичної точки Ас3. Цю величину для легованих сталей беруть з таблиць, а для вуглецевих визначають з діаграми станів. Процес нормалізації:

Початковий етап — нагрівання на 30-50 градусів вище критичної температури Ас3. Відбувається утворення аустенітних зерен.

Витримка при високій температурі супроводжується зростанням аустенітних зерен.

Тривалий рівномірний охолодження — дрібні кристали аустеніту розпадаються на кілька перлітних зерен. Відбувається рівномірне заповнення феритної структури перлітним шаром.

Неповний відпал потрібно для зниження твердості металів. Частіше це необхідно за умовами обробки металів різанням. В результаті нормалізації зайва напруженість стали усувається. На відміну від повного відпалу, весь процес відбувається при більш низьких температурах. Відповідно, витрачається менше часу.

Обробка складнолегованих сталей

В процесі ізотермічної нормалізації тверді метали стають більш податливими до обробки різанням. Нагрів відбувається при таких температурах:

Конструкційні сталі — не вище 30-50 градусів критичної точки Ас3.

Інструментальні стали — вище на 5-100 градусів точки Ас1.

На відміну від розглянутих методів, при ізотермічному відпалі проводиться охолодження сталі, зануреної в розплавлену сіль. Природне охолодження здійснюється після зниження температури до 700 градусів. У цей момент аустеніт повністю переходить в перлітові зерна.

Виправлення порушеної структури металів і сплавів

Двоступеневе охолодження сталей дозволяє перетворити пластинки перлиту зерна. Нагрів відбувається до температури вище точки Ас1. Потім вона знижується до 700 і витримується до 500 градусів. Далі на повітрі довго остигає метал. Ця нормалізація носить назву сфероидизирующая. В результаті виріб легко піддається різанню. Так обробляють метали, що містять 065 % вуглецю. Наклеп — це утворення більш міцних областей металу після холодної штампування або волочіння. Усуває цей дефект рекристалізаційне відпал — крихкість сталей усувається за рахунок нагрівання до 700 градусів (нижче Ас1). У цей момент відновлюється кристалізаційна решітка металів. Структура стає дрібнозернистої та однорідної. Також може проводитися світлий відпал, відновлює властивості сталей після прокату листового, щоб зберегти блискучу поверхню.