Нормализация.

 

1. Термической обработкой называют совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения металлических сплавов, находящихся в твердом состоя­нии, для изменения их структуры и получения нужных физико-механических свойств.

Термической обработке подвергают детали и инстру­менты для повышения твердости, прочности и износо­стойкости, а также заготовки (отливки, поковки и др.) для подготовки к механической обработке.

Отжиг – нагрев стали до заданной температуры, вы­держка и медленное охлаждение (вместе с печью) для: получения ненапряженной структуры и устранения лик­вации. Отжиг бывает первого и второго рода. Рекристаллизационный отжиг (первого рода) – нагрев сплава для устранения наклепа, полученного в результате холодной деформации, и повышения пластичности. Этот вид термообработки основан на процессах возврата, рекристаллизации и гомоге­низации. Отжиг с фазовой перекристаллизацией (вто­рого рода) характеризуется нагревом сплава выше тем­пературы фазовых превращений с целью снижения твер­дости и устранения структурной неоднородности стали.

Отжиг второго рода применяют главным образом для доэвтектоидных сталей.

Нормализация– нагрев стали выше температуры фазовых превращений с последующим охлаждением на воздухе (в нормальных условиях) для улучшения мик­роструктуры стали и повышения механических свойств, а также для подготовки к последующей термической об­работке.

Закалка– нагрев стали выше температуры фазовых превращений с последующим охлаждением по опреде­ленному режиму для получения нужной структуры и повышения твердости и прочности.

Отпуск– нагрев закаленной стали ниже темпера­туры фазовых превращений для снятия температурных напряжений и получения более равновесной структуры.

2. Для снижения твердости и повышения вяз­кости стали, устранения химической и структурной не­однородности, уменьшения внутренних напряжений, улучшения обрабатываемости и получения мелкозерни­стой структуры проводят ее отжиг или нормализацию.

Существуют различные виды отжига, характеризую­щиеся режимами нагрева и охлаждения.

Полный отжиг характеризуется нагревом стали на 30...50° выше температуры превращений Ас3 (доэвтектоидные стали) и последующим медленным охлажде­нием.

При таком отжиге происходит значительное сниже­ние твердости и устранение структурной неоднородности стали в результате фазовой перекристаллизации и из­менения формы и размеров зерна структурных состав­ляющих – сталь становится мелкозернистой. Полный отжиг применяют главным образом для доэвтектоидных сталей.

Неполный отжиг характеризуется нагревом стали до-температур в интервале превращений AсlAс3 (доэвтектоидные стали) и AсlAсm (заэвтектоидные стали) и последующим медленным охлаждением.

При таком отжиге снижается твердость, что улуч­шает обрабатываемость стали, снимаются внутренние напряжения и структура становится более однородной.

Изотермический отжиг, применяемый для легирован­ных сталей, состоит из нагрева их на 20...30° выше Aс3, выдержки и относительно быстрого охлаждения до тем­пературы ниже точки Arl (630...700°С). При этой тем­пературе сталь выдерживают до полного распада аусте­нита, затем охлаждают на воздухе. После изотермиче­ского отжига стали приобретают такие же механические свойства, как и после полного отжига. Изотерми­ческий отжиг по сравнению с обычным сокращает время обработки вдвое.

Отжиг на зернистый перлит (сфероидизация) приме­няют для эвтектоидной и заэвтектоидных сталей. Сталь нагревают немного выше точки Aс1, выдерживают дли­тельное время при этой температуре, затем медленно охлаждают (25...30°С в час) ниже точки Аr1 до 600°С, выдерживают, после чего охлаждают на воздухе.

В результате такого отжига карбиды принимают зернистую (округлую) форму, понижается твердость стали и улучшается ее обработка резанием.

Диффузионный отжиг (гомогенизация) состоит из нагрева стали до 1050...1150°С, длительной выдержки (10...15 ч) и последующего медленного охлаждения.

Цель диффузионного отжига – выравнивание хими­ческой неоднородности стали, то есть уменьшение лик­вации в слитках, отливках, заготовках. Поэтому диф­фузионный отжиг называют также гомогенизацией (по­лучение однородного по составу сплава). Диффузионный отжиг приводит к образованию крупнозернистой струк­туры. Этот дефект можно устранить последующей горя­чей обработкой давлением или проведением полного отжига.

Рекристаллизационный (низкий) отжиг состоит из нагрева стали ниже точки Aсl на 50... 100°, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения на воздухе.

После рекристаллизационного отжига образуется однородная мелкозернистая структура с небольшой твер­достью и значительной вязкостью.

3. Нормализация – более экономичный термический процесс, чем отжиг. Она более производительна и дает лучшие результаты. При нормализации измельчается зерно перлита, разрушается сетка цементита в заэвтектоидных сталях и повышаются механические свойства стали.

Некоторые специальные стали после нормализации приобретают такие механические свойства, которыми они должны обладать в условиях эксплуатации. В этих случаях нормализация служит окончательной операцией термической обработки.

Структура нормализованной стали может быть феррито – перлитная (низкоуглеродистые стали) и сорбитообразная с наличием структурно-свободного феррита (средне-углеродистые и низколегированные стали). Твер­дость перлита зависит от того, имеет ли он тонкое или грубое строение. При нормализации, когда охлаждение быстрое, перлит имеет более тонкое строение, чем при отжиге, и обладает более высокой твердостью. Поэтому нормализованная сталь более твердая, чем отожжен­ная. Твердость нормализованной стали 150...300 НВ в зависимости от химического состава стали. Нормали­зация горячекатаной стали (по сравнению с отжигом) повышает ее сопротивление хрупкому разрушению, сни­жая порог хладноломкости. Нормализация обеспечи­вает большую производительность при обработке резанием и получение меньшей шероховатости обработанной поверхности

Нормализацию с последующим высоким отпуском (600...650 °С) часто используют для исправления струк­туры, легированных сталей вместо полного отжига, так как производительность первых двух операций выше, чем одного отжига.