Нормализующая термическая обработка: описание процесса, преимуществ и применения

Нормализация — это вид термической обработки металла, используемый для улучшения структуры зерна. Обычно она проводится после того, как другой производственный процесс снизил пластичность. 

Независимо от того, являетесь ли вы опытным слесарем или студентом, продолжайте читать. Это руководство раскрывает преимущества нормализации. Попутно мы рассмотрим основные параметры нормализации и примеры нормализованных стальных приборов. 

Как работает процесс нормализации

Нормализация выполняется после таких технологических процессов, как штамповка или литье. Это связано с тем, что металлы, закалённые для повышения твёрдости, обычно обладают пониженной пластичностью. 

Нормализация преобразует кристаллическую структуру металла в пластичное состояние, повышая прочность и хрупкость. Следовательно, нормализованные стали и никелевые сплавы легче поддаются обработке, чем необработанные. Нормализация также предотвращает поломки, снимая остаточные напряжения.

Теперь, когда вы знаете цель нормализации, пришло время рассмотреть ключевые параметры нормализации.

Обогрев

Для нормализации нагрейте металл до верхней критической температуры. На этом этапе начинается восстановление, поскольку дефекты микроструктуры подвергаются измельчению. Это приводит к постепенному снятию напряжений, накопленных в ходе других производственных процессов. 

Если вы нормализуете сталь самостоятельно, главная задача — добиться равномерного нагрева всей заготовки. Неравномерный нагрев приводит к нестабильности свойств металла, что впоследствии приводит к дефектам при обработке или эксплуатации.  

Время замачивания

После достаточного нагрева стали её необходимо выдержать при температуре рекристаллизации в течение заданного времени. В течение этого времени механические свойства стали изменяются. Чем дольше сталь выдерживается, тем сильнее изменяются её свойства.

При достижении точки рекристаллизации бейнит и карбиды рассеиваются из металла. Образуются новые аустенитные зерна, поглощающие существующие дислокации, границы зерен и дефекты. Эти зерна меньше по размеру, чем предыдущие ферритные зерна. Подробнее см. руководство по структуре конструкционных металлов.

Охлаждение 

Последним этапом нормализации является рост зерна. Этот рост контролируется охлаждением нагретого металла на воздухе до комнатной температуры. Эти вновь образовавшиеся зерна, о которых мы только что говорили, полностью развиваются и созревают, образуя прочный и пластичный металл.

Во время охлаждения необходимо тщательно контролировать скорость. Чем медленнее охлаждение, тем выше прочность металла. Аналогично, чем быстрее охлаждение, тем выше твёрдость металла.  

Какие металлы можно нормализовать?

Нормализацию можно проводить для нескольких типов металлов, включая:

• Железные сплавы
• Никелевые сплавы
• Алюминий 
• Медь 
• Латунь 

Влияние на свойства материала

В этом разделе вы узнаете о влиянии нормализации на свойства стали. 

Микроструктурные улучшения

При нагреве стали в процессе нормализации микроструктура становится аустенитной. После охлаждения на воздухе аустенит превращается в феррит и перлит, обладающие равномерным зерном. По сравнению с необработанной или медленно охлажденной сталью, зерно мельче и более равномерное.  

Механические свойства

Нормализация повышает прочность стали за счёт изменения структуры зерна. Это означает, что ваша техника сможет выдерживать большие нагрузки без разрушения. Нормализованные стали также лучше работают при многократных нагрузках, что важно для высоконагруженных валов, шестерён и сварных деталей.

Нормализация против отжига

В этом разделе вы узнаете о разнице между нормализацией и отжигом. 

Различия в охлаждении:

Одно из основных различий между отжигом и нормализацией заключается в скорости охлаждения. При нормализации материал охлаждается на воздухе, что позволяет получить мелкозернистую и прочную структуру. В то же время, во время отжига заготовка медленно охлаждается в печи. В результате получается крупнозернистая структура, а металл становится очень пластичным и мягким. 

Результирующие свойства:

Благодаря более медленному охлаждению отожжённая сталь мягче и пластичнее. Это делает её превосходным выбором для формовки и высокоскоростной обработки на станках с ЧПУ. Нормализованная сталь, напротив, твёрже и прочнее отожжённой. Поэтому она находит применение в отраслях, требующих исключительной прочности. 

Стоимость и эффективность:

Из-за более длительного пребывания в печи отжиг обходится дороже нормализации. Кроме того, для достижения и поддержания высоких температур требуется больше энергии. Подробнее см. руководство по отжигу.

Если вы только начинаете изучать металлургию, легко спутать нормализацию с отжигом. Ведь на первый взгляд это совершенно одинаковые процессы. Нагрейте металл выше критической точки, выдержите его в течение определённого времени, а затем охладите до достижения желаемых свойств.  

Разница лишь в том, чего мы хотим добиться. Если вам нужно улучшить структуру стали для повышения её эксплуатационных характеристик, то нормализация — это лучший выбор. Если же вам нужно размягчить металл перед механической обработкой или холодной деформацией, отжиг — лучший выбор. 

Зачем использовать нормализацию? Основные преимущества

Нормализующая термическая обработка дает металлистам следующие преимущества:

• Снятие остаточного напряжения: В процессе нормализации дефекты, возникшие в результате сварки, закалки и т.д., начинают рассеиваться. В результате формируется кристаллическая структура, свободная от остаточных напряжений. 
• Повышенная пластичность: Поскольку нормализация приводит к однородной структуре зерна, она помогает сделать металлы более пластичными. 
• Улучшенная обрабатываемость: Путем нормализации можно изменить металл, сделав его более поддающимся обработке и формовке. 

Типичные области применения и отрасли

Ниже приведены типичные приложения и отрасли, в которых обычно используется нормализация. 

• Автомобильная промышленность: Если вы работаете в автомобильной промышленности, вы можете нормализовать штампованные изделия из ферритной стали, чтобы снизить твердость, приобретенную в процессе формовки. 
• Деформационное упрочнение: Для повышения хрупкости углеродистой стали после холодной прокатки можно выполнить нормализацию. 
• ЯдерныйНормализация доказывает свою эффективность в атомной промышленности. Производители применяют нормализацию никелевых сплавов для устранения изменений микроструктуры, вызванных сваркой. 

Сводная сравнительная таблица

Различия между отжигом, нормализацией и закалкой показаны в таблице ниже. 

Вывод

В заключение, металлы обычно подвергаются нормализации после другого производственного процесса, например, закалки, снижающего пластичность. Это один из методов снятия остаточных напряжений и повышения пластичности металла. Не знаете, с чего начать? HDCMfg с радостью поможет вам по любому техническому вопросу.