Normalizacija čelika

Budući da materijal koji se koristi za bilo koji projekt ima ispravna mehanička svojstva za određenu primjenu, postupci toplinske obrade često se koriste za promjenu mehaničkih svojstava metala, a jedan od uobičajenih postupaka toplinske obrade je normalizacija. Kao proces feritne toplinske obrade, normalizacija može učiniti legirane čelike na bazi željeza duktilnijima i duktilnijima. To se postiže nakon što je dio prošao proces toplinskog otvrdnjavanja. Normalizirajući plamen zagrijava čelik do visoke temperature, a zatim se polako hladi do sobne temperature. Zagrijavanjem i sporim hlađenjem mijenja se mikrostruktura čelika, čime se smanjuje njegova tvrdoća i povećava njegova duktilnost.

Normaliziranje se događa kada neki drugi postupak smanjuje duktilnost i povećava tvrdoću mehaničkog čeličnog dijela. Budući da normalizacija transformira mikrostrukturu u duktilniju strukturu, metal se lakše oblikuje, lakše se obrađuje i smanjuje zaostala naprezanja unutar materijala koja mogu dovesti do neočekivanog kvara.

Koja je razlika između žarenja i normaliziranja?

Normaliziranje je vrlo slično žarenju po tome što oba uključuju zagrijavanje metala do ili iznad njegove temperature rekristalizacije i dopuštanje da se polako ohladi kako bi se proizvela relativno duktilna mikrostruktura. Ključna razlika između žarenja i normalizacije je u tome što žarenje omogućuje hlađenje materijala kontroliranom brzinom u peći. Normaliziranje se može ohladiti stavljanjem materijala u okolinu sobne temperature i izlaganjem zraku u toj okolini.

Ova razlika znači da normalizacija ima bržu brzinu hlađenja od žarenja. Brže stope hlađenja rezultiraju nešto manje duktilnim i nešto većim vrijednostima tvrdoće nego da je materijal žaren. Normalizacija je također općenito jeftinija od žarenja jer ne zahtijeva dodatno vrijeme u peći tijekom hlađenja.

Proces normalizacije

Proces standardizacije podijeljen je u tri glavne faze.

Faza oporavka

faza rekristalizacije

Faza rasta žitarica

faza oporavka

Tijekom faze oporavka koristi se peć ili druga vrsta uređaja za grijanje da se materijal podigne na temperaturu pri kojoj se njegova unutarnja naprezanja smanjuju.

Faza rekristalizacije

Tijekom faze rekristalizacije, materijal se zagrijava iznad temperature rekristalizacije, ali ispod temperature taljenja. To rezultira stvaranjem novih zrna bez već postojećeg stresa.

Faza rasta žitarica

Tijekom procesa rasta zrna, nova zrna su potpuno razvijena. Taj se rast kontrolira dopuštanjem da se materijal ohladi na sobnu temperaturu u kontaktu sa zrakom. Rezultat završetka ove tri faze je materijal s većom duktilnošću i smanjenom tvrdoćom. Naknadne operacije koje mogu dodatno promijeniti mehanička svojstva ponekad se izvode nakon procesa normalizacije.

Pojedinosti procesa

Tijekom normalizacije, materijal se zagrijava do temperature približno jednake temperaturi otvrdnjavanja (800-920 stupnjeva). Na ovoj temperaturi nastaju nova zrna austenita. Zrna austenita su mnogo manja od prethodnih feritnih zrna. Nakon zagrijavanja i kratkog namakanja komponente se mogu slobodno ohladiti na zraku (plinu). Tijekom procesa hlađenja stvaraju se nova zrna ferita, a veličina zrna se dodatno pročišćava. U nekim slučajevima, i grijanje i hlađenje se izvode pod zaštitnim plinom kako bi se izbjegla oksidacija i dekarburizacija.

Koji se metali mogu normalizirati?

Mnoge vrste legura mogu se normalizirati, uključujući: legure na bazi željeza (alatnog čelika, ugljičnog čelika, nehrđajućeg čelika i lijevanog željeza), legure na bazi nikla, bakra, mjedi i aluminija. Osim toga, normalizacija se uglavnom koristi za normalizaciju strukture ugljičnog čelika i niskolegiranog čelika nakon kovanja, vrućeg valjanja ili lijevanja. Tvrdoća dobivena nakon normalizacije ovisi o dimenzijskoj analizi čelika i korištenoj brzini hlađenja (približno 100-250 HB).

Korist

Nakon kovanja, vrućeg valjanja ili lijevanja, mikrostruktura čelika često je heterogena, sastoji se od velikih zrna i neželjenih strukturnih komponenti kao što su bainit i karbidi. Ova mikrostruktura negativno utječe na mehanička svojstva čelika kao i na obradivost. Normalizacijom čelik može dobiti jednoliku strukturu finijeg zrna s predvidljivim svojstvima i obradivošću.

Uobičajene primjene normalizacije

Normaliziranje se koristi za mnoge različite materijale u mnogim različitim industrijama. Na primjer, otisci od feritnog nehrđajućeg čelika u automobilskoj industriji mogu se standardizirati nakon otvrdnjavanja tijekom procesa oblikovanja. Legure na bazi nikla u nuklearnoj industriji mogu se standardizirati nakon toplinskih mikrostrukturnih promjena koje se javljaju nakon zavarivanja. Ugljični čelik može se normalizirati nakon hladnog valjanja kako bi se smanjila krtost uzrokovana otvrdnjavanjem.