Normalizacja stali: Procesy i cechy

Normalizacja stali to rodzaj wyżarzania, który polega na podgrzaniu stali do stanu austenitycznego, utrzymaniu jej w określonej temperaturze, a następnie schłodzeniu na powietrzu. Dla stali podeutektoidalnych, zawierających mniej niż 0,8% węgla, znormalizowana struktura to mieszanina perlitu i ferrytu.

W stalach nadeutektoidalnych (zawierających ponad 0,8% węgla) struktura po normalizacji składa się z sorbitu – drobnoziarnistej odmiany perlitu. Ten rodzaj obróbki cieplnej stosuje się w celu eliminacji wad struktury oraz przygotowania jej do operacji cięcia. Często stosuje się go zamiast hartowania i odpuszczania, aby poprawić właściwości odlewów stalowych. Normalizacyjne wyżarzanie jest najczęściej stosowane dla stali średnio- i wysokowęglowych, niskostopowych oraz narzędziowych.

Etapy procesu normalizacji stali

Normalizacyjne wyżarzanie przebiega w kilku etapach. Wszystkie operacje wykonuje się w zakładach metalurgicznych i obróbki metali, wyposażonych w piece cieplne o różnych konstrukcjach oraz specjalistyczne urządzenia.

  • Podgrzewanie: Stal podeutektoidalna jest podgrzewana do temperatur powyżej punktu Aс3 o 40-50°C. Dla stali nadeutektoidalnych wybiera się niższą temperaturę, aby uniknąć wzrostu ziaren austenitu i tworzenia się grubej siatki. Konkretna temperatura zależy od zawartości węgla i pierwiastków stopowych, jeśli występują.
  • Utrzymanie temperatury: Jest to czas, w którym wyrób musi przebywać w komorze grzewczej, aby osiągnąć równomierne nagrzanie i zakończyć przemiany fazowe. Czas utrzymania zależy od gatunku stali, rozmiarów wyrobu i temperatury nagrzewania. Dla mniejszych detali o prostej konfiguracji wystarcza 15 minut w określonej temperaturze, aby nagrzać całą objętość.
  • Chłodzenie: Przeprowadza się głównie na spokojnym powietrzu, czasem z wykorzystaniem nadmuchu powietrza. Przy przyspieszonym chłodzeniu austenit rozkłada się w niższych temperaturach, co sprzyja powstawaniu drobnoziarnistej struktury ferrytowo-cementytowej. Struktura znormalizowanych stali średnio- i wysokowęglowych charakteryzuje się większą wytrzymałością i twardością w porównaniu do wyżarzania. Szybkość chłodzenia wpływa na strukturę i właściwości stali.

Zadania rozwiązywane dzięki normalizacji stali węglowych i stopowych

Normalizacyjne wyżarzanie odlewów, odkuwek, prętów, półfabrykatów i wyrobów metalowych zapewnia:

  • pełną rekrystalizację fazową stali;
  • rozdrobnienie gruboziarnistej struktury powstałej w wyniku obróbki plastycznej;
  • zmniejszenie warstwowości po walcowaniu i nierównomierności ziaren w odkuwkach;
  • zwiększenie odporności na kruche pękanie;
  • eliminację naprężeń wewnętrznych po walcowaniu;
  • przygotowanie struktury do kolejnych operacji obróbki cieplnej;
  • poprawę skrawalności.

Odlewy stalowe poddaje się normalizacyjnemu wyżarzaniu w celu homogenizacji struktury dendrytycznej, zmniejszenia naprężeń resztkowych oraz zwiększenia podatności na dalsze operacje obróbki cieplnej.

Specyfika normalizacyjnego wyżarzania stali o różnej zawartości węgla

Cele i specyfika normalizacji zależą od składu stali:

  • Dla stali niskowęglowych normalizacja skutecznie zastępuje wyżarzanie, zapewniając jednocześnie większą twardość i poprawę skrawalności.
  • Dla odlewów ze stali średniowęglowych normalizacja z wysokotemperaturowym odpuszczaniem zastępuje hartowanie i odpuszczanie.
  • Dla niektórych stali wysokostopowych normalizacja z chłodzeniem na powietrzu zastępuje hartowanie z odpuszczaniem, co pozwala na oszczędność jednej operacji.

Wyposażenie i materiały stosowane przy normalizacji

Odpowiedni reżim temperaturowy normalizacji stali i jej chłodzenia zapewniają:

  • komory grzewcze z palnikami płaskopłomieniowymi;
  • automatyka sterowania reżimem nagrzewania;
  • materiały izolacyjne.

Do normalizacji drobnych detali w gazie ochronnym stosuje się przenośnikowe piece normalizacyjne. Prędkość taśmy wynosi do 20 cm na minutę.

Normalizacja, jak inne technologie obróbki cieplnej odlewów, prętów, półfabrykatów i wyrobów metalowych, może być operacją pośrednią lub końcową. Normalizacja stali jest ważnym etapem obróbki cieplnej, który znacząco poprawia właściwości mechaniczne metalu, przygotowując go do dalszej obróbki oraz zapewniając niezawodność i trwałość gotowych wyrobów.

Scroll to Top