Нормализующий отжиг, нормализация - описание

Нормализующий отжиг в основном служит для получения мелкозернистой и равномерной перлитно-ферритной структуры стали и предсказуемых механических свойств. Нормализация подразумевает расслабление и происходящее структурное преобразование. Нормализация отличается от отпуска тем, что вносит структурные изменения, а от упрочнения/сфероидизации тем, что полученная структура не является самой мягкой из возможных для данной стали. Часто после нормализации следует дальнейшая термическая обработка или механическая обработка. Нормализованные или формованные (например, прокатные) стальные изделия имеют в обозначении дополнительный символ +N (или +TN), а нормализованные и отпущенные изделия — +NT (или +TNT).

Нормализация стали — цель

Сминание или ненадлежащее распределение температуры во время термической обработки приводит к неоднородной структуре стали с крупными зернами и карбидами, что может привести к деформации при дальнейшей обработке. Нормализация обеспечивает полную перекристаллизацию, расслабляет сталь и устраняет неблагоприятные структурные изменения, что гарантирует получение требуемых свойств.

Нормализация применяется в сталях для закалки, азотирования и котловых в качестве подготовительной обработки перед закалкой с целью уменьшения напряжений и деформаций при закалке. Стали для цементации нормализуются перед цементацией с целью уменьшения деформаций. Это также одна из наиболее часто применяемых обработок в отношении углеродистых и конструкционных сталей, иногда в качестве окончательной обработки, т. е. некоторые конструкционные стали могут поставляться в состоянии +N или +NT. Нормализации подвергаются прутки, поковки и более крупные детали.

Нормализация после горячей прокатки применяется к некоторым листам, например, к электротехническим листам.

Нормализация подшипниковой стали, направлена на устранение различных дефектов микроструктуры, таких как сетка или полосчатость карбидов, крупнозернистость, чрезмерное разнообразие размеров карбидов. Эти дефекты возникают в результате неправильной температуры окончания пластической обработки, слишком медленного охлаждения после этой обработки или ошибок сфероидизирующего отжига, что проявляется в виде неоднородного, слишком толстого сфероида. Правильно обработанная пластически подшипниковая сталь не подвергается нормализации. Такая нормализация проводится при температуре 900-920 °C, предпочтительно в защитной атмосфере. Некоторые дефекты невозможно устранить нормализацией, и необходимо провести гомогенизацию.

Нержавеющая сталь, кислотостойкая сталь и автоматическая сталь нормализуются только в исключительных случаях.

Типичное место нормализующего отжига в процессе обработки стального изделия:

1. Сталь находится в мягком состоянии. Структура представляет собой сфероид, карбиды распределены по ферритовой матрице.
2. После пластической обработки (особенно горячей) сталь может иметь неоднородную структуру с крупными зернами и рассеянными карбидами. Возникают внутренние напряжения, и структура требует уплотнения.
3. Сталь подвергается нормализации. Структура стали представляет собой мелкозернистый и однородный перлит или феррит.
4. Стандартизированное изделие может быть подвергнуто закалке, термообработке, закаливанию или сдано в эксплуатацию.

Нормализующий отжиг — температура

Углеродистая сталь — Нормализующий отжиг углеродистой стали заключается в нагревании стали до температуры на 30-50°C выше A_C3 (недоутектоидальная сталь и сталь литейная) или на 50°C выше A_CM (переэвтектоидная сталь), выдержке при этой температуре до достижения равномерного аустенита и последующем охлаждении на воздухе. Некоторые переэвтектоидные стали со значительной склонностью к росту зерен нормализуются при температуре A_CM или даже несколько ниже, чем A_CM.

Легированная сталь нормализуется в соответствии с рекомендациями производителя и стандартами, в соответствии с данным химическим составом. Вот несколько примеров:

• Сталь для закалки 17Х2ГН2 / 1.5918 / 17CrNi6-6 нормализуется при температуре 850 - 890℃ перед закалкой с целью уменьшения деформаций.
• Сталь для термообработки 35HGS / 35ХГСА нормализуется при температуре 860 - 880℃ перед закалкой с целью уменьшения напряжений и деформаций при закалке.
• Сталь для термообработки 50ХМ / 50CrMo4 / 1.7228 нормализуется при температуре 840–880 °C перед закалкой.
• Сталь для азотирования 38Х2МЮА / 41CrAlMo7 / 1.8509 нормализуется при температуре 900 - 940℃ перед закалкой.
• Конструкционная сталь 35ХМ / 34CrMo4 / 1.7220 нормализуется при температуре 850–880 °C перед закалкой.
• Котельная сталь 25Х1М1Ф / 21CrMoV5-7 / 1.7709 нормализуется при температуре 950–980 °C перед закалкой.
• Котельная сталь 15ХМ / 13CrMo4-5 / 1.7335 нормализуется при температуре 910–940 °C перед закалкой.
• Жаропрочная сталь 15Х5М / X11CrMo5 / 12CrMo19-5 нормализуется при температуре 930–980 °C перед закалкой.

Нормализующее вальцовка

Нормализующая прокатка — это горячая прокатка, при которой заключительный этап прокатки происходит в диапазоне температур аустенизации, после чего лист охлаждается. Такая прокатка в одном цикле формирует изделия и снимает напряжения.

Нормализация со сфероидизацией

На некоторых предприятиях нормализация проводится в одном цикле со сфероидизирующим отжигом в проходных печах для поковок больших сечений. Дробление перлита, обеспечиваемое нормализацией, ускоряет процесс сфероидизации.

Изменения структуры

При нормализации сталь превращается в аустенит с мелким зерном, который затем в результате охлаждения превращается в перлитно-ферритную структуру. Исходная структура стали перед нормализацией практически не имеет значения.

Регенерация стали

Нормализующая отжига может исправить некоторые типичные ошибки закалки.

Перегретая сталь, то есть сталь, нагретая до слишком высокой температуры, что привело к чрезмерному росту зерен, может быть восстановлена путем нормализующего отжига. Таким способом невозможно восстановить пережженную сталь, то есть сталь, в которой произошло окисление на границе зерен.

Сталь, деформированная / искривленная в результате неправильной закалки, может быть исправлена следующим образом: такую сталь необходимо нормализовать, охладить на воздухе, выпрямить и закалить еще раз.

Полный отжиг

Разновидностью нормализации можно считать полный отжиг, который отличается от стандартной нормализации только ходом охлаждения, которое происходит значительно медленнее и осуществляется вместе с печью или в золе. Посредством полного отжига получается структура, наиболее близкая к состоянию равновесия (то есть для стали) феррит с перлитом, сам перлит или перлит с цементитом. Полный отжиг применяется в основном для легированных сталей.

Библиография

Leszek Adam Dobrzański, Metaloznawstwo i obróbka cieplna, Wydawnictwa szkolne i pedagogiczne, 1986

Kornel Wesołowski, Metaloznawstwo i obróbka cieplna, Państwowe wydawnictwa szkolnictwa zawodowego