Normalisierende Wärmebehandlung: Prozess, Vorteile und Anwendungen erklärt

Das Normalisieren ist eine Form der Wärmebehandlung von Metallen zur Verfeinerung der Kornstruktur. Es wird typischerweise durchgeführt, nachdem ein anderer Herstellungsprozess die Duktilität verringert hat. 

Ob erfahrener Metallarbeiter oder Student – lesen Sie weiter. Dieser Leitfaden zeigt Ihnen die Vorteile des Normalisierens. Wir behandeln wichtige Normalisierungsparameter und Beispiele für normalisierte Stahlgeräte. 

So funktioniert der Normalisierungsprozess

Das Normalisieren wird nach Fertigungsverfahren wie Stanzen oder Gießen durchgeführt. Dies liegt daran, dass Metalle, die zur Härte abgeschreckt wurden, typischerweise eine verringerte Duktilität aufweisen. 

Durch Normalisieren wird die Kristallstruktur Ihres Metalls duktil, was Zähigkeit und Sprödigkeit verbessert. Daher lassen sich normalisierte Stähle und Nickellegierungen leichter bearbeiten als unbehandelte. Durch den Abbau von Eigenspannungen beugt Normalisieren zudem Ausfällen vor.

Nachdem Sie nun den Zweck der Normalisierung kennen, ist es an der Zeit, die wichtigsten Normalisierungsparameter zu behandeln.

Heizung

Zum Normalisieren erhitzen Sie Ihr Metall auf seine obere kritische Temperatur. In dieser Phase beginnt die Erholung, da Defekte in der Mikrostruktur verfeinert werden. Dies führt zu einer fortschreitenden Entlastung von Spannungen, die während anderer Herstellungsprozesse entstanden sind. 

Wenn Sie Stähle selbst normalisieren, besteht die größte Herausforderung darin, das gesamte Werkstück gleichmäßig zu erhitzen. Ungleichmäßiges Erhitzen führt zu uneinheitlichen Metalleigenschaften, die sich später in Fehlern bei der Bearbeitung oder im Service niederschlagen.  

Einweichzeit

Sobald der Stahl ausreichend erhitzt ist, wird er für einen bestimmten Zeitraum auf Rekristallisationstemperatur gehalten. Während dieser Zeit verändern sich die mechanischen Eigenschaften. Je länger die Temperatur gehalten wird, desto stärker verändern sich die Eigenschaften.

Beim Erreichen des Rekristallisationspunktes lösen sich Bainit und Karbide aus dem Metall. Neue austenitische Körner bilden sich und verdrängen vorhandene Versetzungen, Korngrenzen und Defekte. Diese Körner sind kleiner als die vorherigen ferritischen Körner. Weitere Informationen finden Sie in der Leitfaden zur Struktur technischer Metalle.

Kühlung 

Die letzte Phase der Normalisierung ist das Kornwachstum. Dieses Wachstum wird durch Abkühlen des erhitzten Metalls an der Luft bis zur Raumtemperatur gesteuert. Die neu gebildeten Körner, die wir gerade erwähnt haben, entwickeln sich vollständig und reifen aus, wodurch ein festes und duktiles Metall entsteht.

Während des Abkühlens müssen Sie die Abkühlgeschwindigkeit sorgfältig überwachen. Je langsamer die Abkühlung, desto zäher wird Ihr Metall. Je schneller die Abkühlung, desto härter wird Ihr Metall.  

Welche Metalle können normalisiert werden?

Sie können die Normalisierung für verschiedene Metallarten durchführen. Dazu gehören:

• Eisenlegierungen
• Nickellegierungen
• Aluminium 
• Kupfer 
• Messing 

Auswirkungen auf Materialeigenschaften

In diesem Abschnitt erfahren Sie, welche Auswirkungen das Normalisieren auf die Eigenschaften von Stahl hat. 

Mikrostrukturelle Verbesserungen

Beim Erhitzen von Stahl während des Normalglühens verändert sich die Mikrostruktur zu Austenit. Nach dem Abkühlen an der Luft wandelt sich Austenit in Ferrit und Perlit um, die eine gleichmäßige Körnung aufweisen. Im Vergleich zu unbehandeltem oder langsam abgekühltem Stahl sind die Körner kleiner und gleichmäßiger.  

Mechanische Eigenschaften

Durch Normalisieren wird die Zähigkeit von Stählen durch Veränderung der Kornstruktur erhöht. Das bedeutet, dass Ihre Geräte größeren Kräften standhalten, ohne zu brechen. Normalisierte Stähle weisen auch bei wiederholter Belastung eine bessere Leistung auf, was für hochbelastete Wellen, Zahnräder und Schweißteile wichtig ist.

Normalisieren vs. Glühen

In diesem Abschnitt erfahren Sie mehr über den Unterschied zwischen Normalisieren und Glühen. 

Unterschiede bei der Kühlung:

Ein wesentlicher Unterschied zwischen Glühen und Normalglühen ist die Abkühlgeschwindigkeit. Beim Normalglühen kühlen wir das Material in ruhender Luft ab, um eine feine und zähe Kornstruktur zu erzeugen. Beim Glühen hingegen wird das Werkstück im Ofen langsam abgekühlt. Das Ergebnis ist eine grobkörnige Mikrostruktur und ein Metall, das sehr duktil und weich ist. 

Resultierende Eigenschaften:

Aufgrund der langsameren Abkühlung ist geglühter Stahl weicher und duktiler. Dies macht ihn zur besten Wahl für die Umformung und die Hochgeschwindigkeits-CNC-Bearbeitung. Im Vergleich dazu ist normalisierter Stahl härter und fester als sein geglühtes Gegenstück. Daher findet er Anwendung in Branchen, die außergewöhnliche Festigkeit erfordern. 

Kosten und Effizienz:

Aufgrund der längeren Verweildauer im Ofen ist das Glühen teurer als das Normalisieren. Darüber hinaus erfordert es mehr Energie, um erhöhte Temperaturen zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Weitere Informationen finden Sie in der Leitfaden zum Glühen.

Wenn Sie sich gerade erst mit der Metallurgie beschäftigen, verwechseln Sie Normalglühen leicht mit Glühen. Schließlich scheinen es identische Prozesse zu sein. Erhitzen Sie Ihr Metall über den kritischen Punkt, halten Sie es für eine bestimmte Zeit und kühlen Sie es dann ab, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.  

Der Unterschied liegt jedoch darin, was wir erreichen wollen. Wenn Sie die Struktur Ihres Stahls verfeinern müssen, um die Leistung zu steigern, ist Normalisieren die richtige Wahl. Wenn Sie Ihr Metall vor der Bearbeitung oder Kaltbearbeitung weicher machen müssen, ist Glühen die bessere Wahl. 

Warum Normalisierung verwenden? Hauptvorteile

Die Normalisierung der Wärmebehandlung bietet Metallarbeitern folgende Vorteile:

• Abbau von Eigenspannungen: Während des Normalisierens beginnen sich Defekte aus Schweißen, Abschrecken usw. aufzulösen. Das Ergebnis ist eine kristalline Struktur, die frei von Eigenspannungen ist. 
• Erhöhte Duktilität: Da das Normalisieren zu gleichmäßigen Kornstrukturen führt, trägt es dazu bei, Metalle duktiler zu machen. 
• Verbesserte Bearbeitbarkeit: Durch Normalisierung können Sie Ihr Metall verändern, um es besser bearbeitbar und formbar zu machen. 

Typische Anwendungen und Branchen

Nachfolgend sind die typischen Anwendungen und Branchen aufgeführt, in denen die Normalisierung häufig verwendet wird. 

• Automobil: Wenn Sie in der Automobilindustrie arbeiten, können Sie ferritische Stahlstanzteile normalisieren, um die beim Formen entstehende Härte zu verringern. 
• Kaltverfestigung: Sie können eine Normalisierung durchführen, um die Sprödigkeit von Kohlenstoffstahl nach dem Kaltwalzen zu erhöhen. 
• Nuklear: Das Normalisieren erweist sich in der Nuklearindustrie als nützlich. Hersteller führen das Normalisieren von Nickellegierungen durch, um durch Schweißen verursachte Mikrostrukturänderungen rückgängig zu machen. 

Zusammenfassende Vergleichstabelle

Die Unterschiede zwischen Glühen, Normalisieren und Abschrecken sind in der folgenden Tabelle dargestellt. 

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Metalle typischerweise nach einem anderen Herstellungsprozess normalisiert werden, z. B. durch Abschrecken, wenn die Duktilität reduziert wurde. Dies ist eine der Methoden, um Eigenspannungen zu beseitigen und die Duktilität von Metallen zu verbessern. Sie wissen nicht, wo Sie anfangen sollen? HDCMfg steht Ihnen bei allen technischen Fragen gerne zur Verfügung.