Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Нормализация стали — вид термической обработки, при котором металл нагревают выше критической точки Ac3 на 30–50°C, выдерживают при этой температуре и охлаждают на спокойном воздухе. Результат — равномерная мелкозернистая структура, улучшенные механические свойства и подготовка металла к дальнейшей обработке или последующей термообработке.
Нормализация относится к числу базовых операций термической обработки углеродистых и легированных сталей. В отличие от более длительных процессов, таких как полный отжиг, она проводится быстрее и не требует управляемого охлаждения в печи. Именно поэтому нормализация занимает промежуточное положение между отжигом и закалкой.
Главная задача нормализации — привести микроструктуру стали к нормальному состоянию: устранить крупное зерно, полосчатость, видманштеттову структуру, снять часть внутренних напряжений после литья, ковки или прокатки. При этом за счёт более высокой скорости охлаждения по сравнению с печным отжигом формируется более дисперсный перлит — сорбит, дисперсность которого выше, чем при медленном охлаждении в печи.
Охлаждение на воздухе обеспечивает скорость, достаточную для получения мелкодисперсного перлита (сорбита), но недостаточную для образования мартенсита в большинстве углеродистых сталей. Для высоколегированных сталей с высокой прокаливаемостью режим нормализации подбирается индивидуально по диаграммам ТТТ конкретной марки.
Для доэвтектоидных сталей (содержание углерода до 0,8%) температура нормализации составляет Ac3 + 30–50°C. Нагрев выше этого диапазона приводит к росту зерна аустенита и ухудшению механических свойств готовой детали.
Для заэвтектоидных сталей (содержание углерода свыше 0,8%) нагрев ведут не выше точки Acm, а в диапазоне Ac1 + 50°C — то есть в двухфазной области аустенит + цементит. Нагрев выше Acm для этой группы недопустим: он вызывает рост зерна аустенита и при последующем охлаждении формирует грубую цементитную сетку по границам зёрен, резко снижающую ударную вязкость.
На практике для конструкционных углеродистых сталей диапазон нагрева составляет 800–950°C в зависимости от марки. Для легированных сталей температура определяется индивидуально по критическим точкам и справочным данным ГОСТ 4543-2016.
Примечание к таблице. Значения критических точек приведены по данным Марочника сталей и сплавов и ГОСТ 1050-2013, ГОСТ 4543-2016. Фактические температуры нормализации могут уточняться в зависимости от сечения заготовки, исходного состояния и требований технологической карты. Для стали У8 нормализация выполняется в области Ac1–Acm, а не выше Acm.
Выдержка при температуре нормализации назначается из расчёта 1–1,5 мин на миллиметр наименьшего сечения для углеродистых сталей, и до 2 мин на миллиметр — для легированных, но не менее 20–30 минут в любом случае. Цель — равномерный прогрев по всему сечению и гомогенизация аустенита перед охлаждением. Недостаточная выдержка оставляет нерастворённые карбиды и неоднородный аустенит, что снижает эффективность нормализации.
Детали извлекают из печи и охлаждают на спокойном воздухе — так, чтобы свободная циркуляция воздуха обеспечивалась со всех сторон. Укладка деталей в штабели недопустима: она замедляет охлаждение и нивелирует эффект нормализации. Скорость охлаждения в спокойном воздухе составляет ориентировочно 200–500°C/ч для деталей среднего сечения и снижается до 100–200°C/ч для крупных поковок массой более 1 т.
Для крупных поковок и отливок применяют принудительную обдувку вентиляторами. Это ускоряет охлаждение и позволяет получить более дисперсную структуру без перехода к закалке. Для тонкостенных легированных деталей с высокой прокаливаемостью, напротив, может применяться изотермическая нормализация: охлаждение до заданной температуры с последующей выдержкой в печи.
Оба процесса предусматривают нагрев выше критических точек, однако принципиально различаются по способу охлаждения и результирующей структуре. Это определяет область применения каждого из них.
Для низко- и среднеуглеродистых конструкционных сталей нормализация нередко полностью заменяет полный отжиг как более экономичная и менее трудоёмкая операция. Для высокоуглеродистых и высоколегированных инструментальных сталей отжиг (в том числе сфероидизирующий) предпочтительнее: он обеспечивает максимальное снижение твёрдости и полное снятие напряжений перед механической обработкой.
Стали по ГОСТ 1050-2013 (группы 20, 35, 45) чаще всего нормализуют после горячей штамповки или ковки перед последующей токарной и фрезерной обработкой. Нормализация стали 45 при температуре 800–840°C с охлаждением на воздухе даёт твёрдость HB 163–197 — диапазон, при котором сталь хорошо обрабатывается резанием и обеспечивает стабильное дробление стружки. Нормализацию стали 20 проводят при 880–920°C, получая структуру феррит + мелкопластинчатый перлит с HB 131–163.
Хромистые, хромоникелевые и хромомарганцевые стали по ГОСТ 4543-2016 (40Х, 18ХГТ, 30ХМА) нормализуют для выравнивания структуры после литья или ковки. Из-за повышенной прокаливаемости скорость охлаждения на воздухе для этих марок может приближаться к закалочной — особенно для тонких сечений. Поэтому режимы нормализации легированных сталей обязательно подбираются по диаграммам изотермического или термокинетического распада аустенита (ТТТ-диаграммам) для конкретной марки и сечения заготовки.
Фасонное стальное литьё практически всегда подвергают нормализации для устранения видманштеттовой структуры и дендритной ликвации. Нормализация или двойная нормализация (при выраженном перегреве) — стандартная операция при производстве ответственных стальных отливок. Без этой операции ударная вязкость отливки существенно снижается по сравнению с расчётными значениями.
Нормализация крупных сварных узлов позволяет выровнять структуру в зоне термического влияния шва и снизить остаточные сварочные напряжения. Это особенно важно для несущих конструкций, работающих при циклических и динамических нагрузках.
Для нормализации применяют камерные и методические печи с электрическим или газовым нагревом, а также шахтные печи для длинномерных деталей — прутков, труб, валов. Для крупносерийного производства используют конвейерные линии с раздельными зонами нагрева и охлаждения.
Контроль температуры осуществляется термопарами типа K (хромель-алюмель) для диапазона до 1100°C или типа S (платинородий-платина) для более высоких температур. Погрешность регулирования промышленных печей — не более ±10°C в рабочей зоне. Для деталей с жёсткими допусками по обезуглероживанию применяют защитную атмосферу (эндогаз, азот) или вакуумные печи.
После выдержки детали выгружают на специальные решётки или подвески, обеспечивающие свободный доступ воздуха. При нормализации с принудительной обдувкой скорость воздушного потока регулируется для получения заданной скорости охлаждения согласно технологической карте. Качество нормализации контролируют по твёрдости (ГОСТ 9012-59, ГОСТ 9013-59) и микроструктуре (ГОСТ 8233-56).
Нормализация стали — доступный и эффективный способ привести структуру металла в стандартное состояние после горячей деформации, литья или сварки. Правильно выбранный режим нормализации позволяет измельчить зерно, устранить структурную неоднородность и обеспечить стабильные механические свойства на всех этапах производственного цикла. Ключевое правило: доэвтектоидные стали нагревают выше Ac3 на 30–50°C, заэвтектоидные — в диапазоне Ac1 + 50°C, не превышая Acm. Выбор конкретного режима должен основываться на данных Марочника и действующей нормативной документации.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.