Нормализация металла: определение, процесс и преимущества
В обрабатывающей промышленности используются процессы термообработки для улучшения механических свойств материала. В зависимости от желаемых свойств мы можем выбирать из таких процессов, как отжиг , нормализация, отпуск и т. д. В этой статье мы рассмотрим процесс нормализации. Давайте начнем с понимания того, что это такое.
Что такое нормализация металла?
Нормализация — это процесс термической обработки , при котором металл нагревается до заданной температуры, выдерживается при ней в течение определенного времени, а затем охлаждается до комнатной температуры на воздухе (или в газе). Процесс вызывает рекристаллизацию микроструктуры материала. Новая микроструктура обеспечивает множество преимуществ, таких как повышенная пластичность, прочность и пониженная твёрдость. Там, где эти свойства необходимы, нормализация является относительно быстрым и доступным способом их достижения.
Когда используется нормализация?
Нормализация происходит от слова normalisation, что означает возвращение к норме. Поэтому нормализация обычно выполняется после того, как процессы изготовления металла привели к изменению свойств материала. Например, такие процессы изготовления, как штамповка, ковка, горячая прокатка, сварка и литье, могут привести к тому, что материал будет испытывать значительные термические и механические напряжения. Металл также может стать чрезмерно твёрдым.
Нормализация позволяет перестроить структуру материала в гораздо более упорядоченную форму, что возвращает металлу его первоначальные свойства. Если материал должен пройти дальнейшую обработку, нормализация может улучшить его обрабатываемость. Но нормализация может также быть окончательным процессом для восстановления определенных свойств металлических сплавов перед их использованием.
Нормализация также используется при бюджетных ограничениях. Поскольку нормализация подразумевает охлаждение материалов на воздухе, процесс требует меньше времени в печи, что делает его дешевле, чем процессы отжига и отпуска . Мы можем выключить печь, как только поднимем температуру и выдержим материал в течение необходимого времени.
Также для конструкционных сталей, таких как низколегированные и мягкие стали , улучшение свойств одинаково для отжига и нормализации. В таких случаях разумно использовать нормализацию из-за её более низких затрат.
Разница становится ещё больше при сравнении эффектов отжига и нормализации на среднеуглеродистых сталях (0,3–0,5%C). Но даже для этих сталей мы можем заменить закалку + отпуск на отжиг для получения преимуществ по стоимости.
В большинстве случаев нормализации достаточно, если компоненты не будут подвергаться большой нагрузке.
Что такое нормализация металла?
Нормализация — это процесс термической обработки , при котором металл нагревается до заданной температуры, выдерживается при ней в течение определенного времени, а затем охлаждается до комнатной температуры на воздухе (или в газе). Процесс вызывает рекристаллизацию микроструктуры материала. Новая микроструктура обеспечивает множество преимуществ, таких как повышенная пластичность, прочность и пониженная твёрдость. Там, где эти свойства необходимы, нормализация является относительно быстрым и доступным способом их достижения.
Когда используется нормализация?
Нормализация происходит от слова normalisation, что означает возвращение к норме. Поэтому нормализация обычно выполняется после того, как процессы изготовления металла привели к изменению свойств материала. Например, такие процессы изготовления, как штамповка, ковка, горячая прокатка, сварка и литье, могут привести к тому, что материал будет испытывать значительные термические и механические напряжения. Металл также может стать чрезмерно твёрдым.
Нормализация позволяет перестроить структуру материала в гораздо более упорядоченную форму, что возвращает металлу его первоначальные свойства. Если материал должен пройти дальнейшую обработку, нормализация может улучшить его обрабатываемость. Но нормализация может также быть окончательным процессом для восстановления определенных свойств металлических сплавов перед их использованием.
Нормализация также используется при бюджетных ограничениях. Поскольку нормализация подразумевает охлаждение материалов на воздухе, процесс требует меньше времени в печи, что делает его дешевле, чем процессы отжига и отпуска . Мы можем выключить печь, как только поднимем температуру и выдержим материал в течение необходимого времени.
Также для конструкционных сталей, таких как низколегированные и мягкие стали , улучшение свойств одинаково для отжига и нормализации. В таких случаях разумно использовать нормализацию из-за её более низких затрат.
Разница становится ещё больше при сравнении эффектов отжига и нормализации на среднеуглеродистых сталях (0,3–0,5%C). Но даже для этих сталей мы можем заменить закалку + отпуск на отжиг для получения преимуществ по стоимости.
В большинстве случаев нормализации достаточно, если компоненты не будут подвергаться большой нагрузке.
Процесс нормализации металла
Процесс нормализации состоит из трех этапов:
1) Стадия восстановления
На этапе восстановления мы повышаем температуру материала до точки, где существующая неоднородная зернистая структура подвергается измельчению. Именно на этом этапе происходит снятие напряжений за счет нагрева. Металл дополнительно нагревается выше температуры закалки, после чего он переходит на следующую стадию.
2) Стадия перекристаллизации
Эта стадия начинается, когда температура металла пересекает температуру рекристаллизации. Температура составляет около 30-50 градусов Цельсия выше верхней критической температуры (Ac3 или Acm). Это выше температур отжига и отпуска. Диапазон составляет от 780 до 950 градусов по Цельсию в зависимости от содержания углерода в стали. На этом этапе происходят изменения в кристаллической структуре металла. Нежелательные структуры, такие как бейнит и карбиды, рассеиваются из материала. Образуются новые аустенитные структуры. Аустенитные зёрна меньше по размеру, чем предыдущие ферритные зёрна. Металл выдерживается при этой температуре некоторое время. Эта часть процесса также известна как выдержка.
3) Стадия роста зерна
Эта стадия происходит, когда материал охлаждается от температуры рекристаллизации до комнатной температуры на воздухе. Новообразованные зёрна полностью созревают на этой стадии. Конечные механические свойства зависят от того, как происходит охлаждение.
Чем быстрее охлаждение, тем твёрже будет конечный продукт. Скорость охлаждения при нормализации выше, чем при отжиге, поскольку материал охлаждается на воздухе. Вот почему нормализованная сталь имеет более высокую твёрдость, чем ее отожжённый аналог. Анализ размеров стали также влияет на конечную твёрдость. Для большинства сталей конечная твёрдость после нормализации составляет от 100 HB до 250 HB.
Преимущества нормализации
Нормализация обеспечивает следующие преимущества:
⦁ Повышенная пластичность
⦁ Снижение твёрдости в большинстве случаев. Но мы также можем использовать нормализацию для повышения конечной твёрдости в зависимости от исходной твёрдости материала.
⦁ Снимает внутренние напряжения
⦁ Более доступный, чем другие процессы
⦁ Требуется меньше времени
⦁ Лучшая отделка поверхности, чем у отожжённых деталей
⦁ Защита от коррозии
1) Стадия восстановления
На этапе восстановления мы повышаем температуру материала до точки, где существующая неоднородная зернистая структура подвергается измельчению. Именно на этом этапе происходит снятие напряжений за счет нагрева. Металл дополнительно нагревается выше температуры закалки, после чего он переходит на следующую стадию.
2) Стадия перекристаллизации
Эта стадия начинается, когда температура металла пересекает температуру рекристаллизации. Температура составляет около 30-50 градусов Цельсия выше верхней критической температуры (Ac3 или Acm). Это выше температур отжига и отпуска. Диапазон составляет от 780 до 950 градусов по Цельсию в зависимости от содержания углерода в стали. На этом этапе происходят изменения в кристаллической структуре металла. Нежелательные структуры, такие как бейнит и карбиды, рассеиваются из материала. Образуются новые аустенитные структуры. Аустенитные зёрна меньше по размеру, чем предыдущие ферритные зёрна. Металл выдерживается при этой температуре некоторое время. Эта часть процесса также известна как выдержка.
3) Стадия роста зерна
Эта стадия происходит, когда материал охлаждается от температуры рекристаллизации до комнатной температуры на воздухе. Новообразованные зёрна полностью созревают на этой стадии. Конечные механические свойства зависят от того, как происходит охлаждение.
Чем быстрее охлаждение, тем твёрже будет конечный продукт. Скорость охлаждения при нормализации выше, чем при отжиге, поскольку материал охлаждается на воздухе. Вот почему нормализованная сталь имеет более высокую твёрдость, чем ее отожжённый аналог. Анализ размеров стали также влияет на конечную твёрдость. Для большинства сталей конечная твёрдость после нормализации составляет от 100 HB до 250 HB.
Преимущества нормализации
Нормализация обеспечивает следующие преимущества:
⦁ Повышенная пластичность
⦁ Снижение твёрдости в большинстве случаев. Но мы также можем использовать нормализацию для повышения конечной твёрдости в зависимости от исходной твёрдости материала.
⦁ Снимает внутренние напряжения
⦁ Более доступный, чем другие процессы
⦁ Требуется меньше времени
⦁ Лучшая отделка поверхности, чем у отожжённых деталей
⦁ Защита от коррозии
