Нормализация стали включает нагрев до температуры выше точки Ас₃ на 50 °C для доэвтектоидной стали и выше Асm на 50 °C для заэвтектоидной стали соответственно, непродолжительной выдержке для прогрева садки и завершения фазовый превращений с последующим охлаждением на воздухе.
Этот процесс вызывает полную фазовую перекристаллизацию структуру стали и устраняет крупнозернистую структуру, которая может появиться в результате литья, прокатки, ковки или штамповки. Нормализация широко используется для улучшения свойств стали вместо закалки и отпуска для стальных отливок.
В отличие от охлаждения с печью, охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита при более низких температурах, что увеличивает дисперсность феррито-цементитной структуры и количество перлита (квазиэвтектоидного типа сорбита или троостита (1)). Это на 10-15% увеличивает прочность и твердость нормализованной средне- и высокоуглеродистой стали по сравнению с отожженной.
(1) Для некоторых высоколегированных сталей охлаждение на воздухе может явиться закалкой.
Нормализация горячекатаной стали (вместо отжига) улучшает ее устойчивость к хрупкому разрушению, понижая порог хладноломкости и повышая работу развития трещин.
Цель нормализации может отличаться в зависимости от состава стали:
- Для низкоуглеродистых сталей нормализация применяется вместо отжига, так как обеспечивает более эффективную обработку резанием и получение более чистой поверхности после механической обработки.
- В случае отливок из среднеуглеродистой стали, вместо закалки и высокого отпуска, используют нормализацию или нормализацию с высоким отпуском. В этом случае механические свойства будут ниже, но уменьшается вероятность деформации изделий и появления трещин.
- Для высокоуглеродистой стали нормализация используется для удаления цементитной сетки, возникающей при медленном охлаждении в интервале Acm—A₁.
Часто нормализацию с последующим высоким отпуском (600—650 °С) применяют для исправления структуры легированных сталей вместо полного отжига, так как производительность двух первых операций выше по сравнению с одним отжигом.
Нормализация является сложным процессом, который может привести к появлению дефектов у заготовок. Часто причиной проблем являются нарушения условий этапов повышения и понижения температуры,а так же временного интервала выдержки, указанных в технологической карте, а также негативное воздействие горячих газов в печи.
Основные дефекты при нормализации представлены ниже:
- Обезуглероживание
Эта явление возникает, когда изделие подвергается высокой температуре в присутствии окислительных веществ, что приводит к выгоранию углерода в поверхностном слое металла.
Чтобы избежать такого дефекта, термообработку заготовки проводят в защитной или нейтральной газовой среде, например, аргоне, гелии или азоте. Также возможна работа в вакууме, например, с использованием индукционной установки.
- Оксидирование
Этот дефект возникает из-за химической реакции железа с кислородом, которая протекает по следующей формуле:
3Fe + 2O₂ = FeO∙Fe₂O₃
Обычно этот дефект возникает при нормализации стали в высокотемпературных пламенных и электрических печах.
Однако, чтобы защитить металл от образования окалины, формирующей раковины, и окисления, можно применить индукционный разогрев в среде защитного газа.
- Недогрев
Данный дефект часто встречается по двум причинам:
Во-первых, нередко дефект появляется в связи с малой продолжительностью выдержки заготовки.
Во-вторых, недостаточный прогрев печи перед началом нормализации также может быть причиной данного дефекта. Если температура печи не доведена до оптимального уровня, садка с изделием не получает необходимого прогрева, что ведет к образованию дефекта.
Однако этот дефект может быть исправлен с помощью повторного нагрева и соблюдением всех необходимых температурных режимов.
Таким образом, предотвращение недогрева заключается в учете продолжительности выдержки заготовки и правильном прогреве печи перед обработкой.
- Перегрев
Превышение установленной технологической температуры в печи при нормализации металла вызывает появление дефекта. Перегретое изделие, имеющее низкое качество и крупнозернистую структуру.
Перегрев может быть исправлен путем повторного отжига или нормализации стали.
- Пережог
Этот дефект связан с нагреванием металла до температуры, которая приближается к точке плавления в окислительной среде пространства печи.
К сожалению, невозможно произвести устранение пережога. В такой атмосфере на поверхности зерен образуются оксидные включения, которые снижают пластичность и прочность металла.
Правильное соблюдение установленной температуры во время нагрева заготовки является важным условием для предотвращения пережога.
Источник: "Металловедение и термическая обработка металлов" М.Ю. Лахтин.