Нормализация

 

 Нормализацией называется  нагрев доэвтектоидной стали  до температуры  выше Ас3, а в заэфтектоидной стали – выше Аcm на 50 — 60ᴼ С с последующим  охлаждением на воздухе. При  нормализации происходит  перекристаллизация стали,  устраняющая  крупнозернистую структуру, полученную при литье или ковке.

В результате охлаждения на воздухе распад аустенита на ферритно-цементитную смесь происходит при более  низких температурах, а следовательно,  повышается дисперсность смеси.

Назначение нормализации различно в зависимости от состава стали. Вместо отжига низкоуглеродистые  стали подвергают  нормализации. В результате  твердость немного возрастает, но улучшается качество поверхности при резании.

Для  среднеуглеродистых сталей нормализацию  применяют  вместо закалки и высокого отпуска (улучшения). Механические свойства при этом понижаются,  но уменьшается деформация изделий по сравнению с получаемой при закалке.

диаграмма состояния железо-углерод

   Высокоуглеродистые (заэфтектоидные ) стали подвергают  нормализации с целью  устранения цементитной сетки.

Нормализацию с последующим высоким отпуском (600-650ᴼ С) часто применяют для исправления структуры легированных сталей вместо отжига.

Дефекты отжига и нормализации

Дефекты при отжиге могут  возникать  вследствие неправильного хода  нагрева, применения слишком  высоких или слишком низких температур,  чрезмерной  продолжительности нагрева, из-за  неподходящей атмосферы и  неправильного режима  охлаждения.

При слишком быстром нагреве, особенно  изделий  крупных размеров, в результате теплового расширения  наружных слоев  в середине изделия могут  возникнуть  большие растягивающие напряжения, вызывающие  образование трещин. На опасность  возникновения трещин  необходимо  обращать особое внимание при нагреве сталей с плохой  теплопроводностью и высоким  коэффициентом  теплового расширения, например  аустенитных.

По достижении температуры отжига необходимо  обеспечить выравнивание температуры, особенно для крупных изделий. Неравномерный нагрев приводит к  неравномерной структуре и тем самым к получению  различных механических свойств в разных сечениях  изделия.

При слишком высоких температурах  отжига и  чрезмерно длительных  выдержках происходит  образование  крупнозернистой структуры, называемой структурой  перегрева.  Перегрев стали возможен при нагреве слитков  или заготовок для горячей деформации. Кроме того,  перегрев может наблюдаться и при  термической обработке, особенно в изделиях  сложной конфигурации,  вследствие несоблюдения температурного режима ( нагрев до температуры значительно выше критической или нагрев при  нормальной температуре с очень  длительной  выдержкой).

Перегрев характеризуется крупнокристаллическим блестящим изломом. Перегрев может быть устранен отжигом с фазовой  перекристаллизацией,  нормализацией или  улучшением (закалка с высокотемпературным отпуском).

 

Очень большой перегрев кроме сильного роста зерна  может вызвать повреждение границ зерен.  Такой дефект называется пережогом.  Пережог характеризуется  оплавлением и в связи с этим  окислением металла по  границам зерен и не может быть исправлен  термической обработкой. Пережог  является неисправимым  браком.

Большое значение имеет атмосфера печи. Избыток окислительных газов  в атмосфере (кислорода, водяного пара, углекислоты и др.) вызывает окалнообразование и обезуглероживание.

Наличие таких газов,  как окись углерода, углеводорода и т.п.,  вызывает науглероживание поверхности.

На практике всегда имеется более или менее  окислительная печная атмосфера. Наблюдаемое в этих  случаях  обезуглероживание наружных слоев оказывается иногда более вредным, чем окалинообразование.

Обезуглероживание связано с тем, что кислород окисляет углерод раньше, чем железо. Для  того чтобы  обезуглероживание произошло,  газовая атмосфера, должна оказывать не очень сильное  окислительное действие. Если скорость окисления больше скорости  диффузии  протекающего внутри  углерода, то происходит окалинообразование, так как в этом случае кислород может одновременно окислять углерод и железо.

Существенное влияние на обезуглероживание  оказывает  содержание  водорода в печной атмосфере.  В то время как сухой  водород  практически не вызывает  обезуглероживания, влажный водород приводит к очень  сильному обезуглероживанию.

Обезуглероживание поверхности металла  обуславливает неравномерную  и неполную  восприимчивость  к закалке, например, инструментальных сталей.  Кроме  того,  обезуглероживание способствует  снижению  усталостной прочности, ухудшению химических свойств поверхности.

С целью защиты изделий от обезуглероживания и окалинообразования отжиг  осуществляют в ящиках  или трубах, замазанных глиной, а также в ящиках  с засыпкой древесным углем или чугунной стружкой (отработанной).

 

Используемая литература:

«Термическая обработка металлов»  В.М. Зуев.