Термічна обробка металів – це процес, при якому матеріали піддаються нагріванню та охолодженню для зміни їх структури та покращення механічних властивостей. Серед численних видів термічної обробки відпал та нормалізація займають особливе місце. Обидва методи використовують високі температури задля досягнення потрібних результатів, проте з-поміж них існують ключові відмінності, які визначають їх застосування практично.
Що таке відпал?
Відпал – це процес нагрівання металу до певної температури, витримки при цій температурі та подальшого повільного охолодження. Головна мета відпалу – покращення пластичності матеріалу, зняття внутрішніх напруг та покращення механічних властивостей.
Відпал проводиться для таких цілей:
- Зняття внутрішніх напруг. У процесі виготовлення, обробки або зварювання в металі можуть виникати напруги, які негативно впливають на його механічні властивості.
- Відпал дозволяє знизити цю напругу, що робить матеріал більш стабільним.
- Збільшення пластичності. Відпал допомагає повернути матеріалу пластичність, що особливо важливо для подальшої обробки, наприклад при прокатці або штампуванні.
- Зниження жорсткості. В результаті відпалу матеріал стає м’якшим, що полегшує його механічну обробку, наприклад, різання або свердління.
- Гомогенізація структури. Відпал сприяє рівномірному розподілу атомів у кристалічній решітці матеріалу, що покращує його однорідність та знижує ймовірність виникнення дефектів.
Види відпалу
Відпал можна розділити на кілька типів залежно від температури та швидкості охолодження:
- Повний відпал – застосовується для поліпшення структури металу та отримання мінімальної твердості. Це найтриваліший процес.
- Неповний відпал – використовується зменшення напруг і поліпшення оброблюваності матеріалу, але з зачіпає повне зміна структури.
- Дифузійний відпал – цей вид відпалу необхідний гомогенізації хімічного складу матеріалу.
- Сфероїдизуючий відпал – використовується для перетворення цементиту на сфероїдні включення, що покращує механічну обробку сталі.
Що таке нормалізація?
Нормалізація – це процес нагрівання сталі до температури, що перевищує критичну точку, та її подальшого охолодження на повітрі. На відміну від відпалу, нормалізація дозволяє отримати більш дрібнозернисту структуру, що покращує механічні властивості матеріалу.
Нормалізація застосовується для:
- Зміна структури. Нормалізація призводить до утворення дрібніших зерен, що робить матеріал міцнішим і стійкішим до впливу механічних навантажень.
- Поліпшення механічних властивостей. Нормалізація збільшує твердість та міцність металу, при цьому зберігаючи достатню пластичність.
- Усунення неоднорідності. Цей процес допомагає усунути внутрішні дефекти та покращити однорідність матеріалу.
- Підготовка до подальшої термообробки. Нормалізація часто застосовується перед іншими видами термічної обробки для отримання кращої структури матеріалу.
Відмінності між відпалом та нормалізацією
Хоча відпал і нормалізація схожі у використанні високих температур зміни структури матеріалу, їх основні відмінності пов’язані з температурними режимами, швидкістю охолодження і кінцевими властивостями матеріалу.
- Температура нагріву. При нормалізації метал нагрівається до вищої температури, ніж при отжиге. Це з необхідністю переходу матеріалу на активнішу фазу задля досягнення необхідних властивостей.
- Швидкість охолодження. Однією з ключових відмінностей між цими процесами є спосіб охолодження. У відпалі метал повільно охолоджується в печі або в іншому середовищі, що дозволяє мінімізувати напруги і робить структуру більш однорідною. При нормалізації охолодження відбувається на повітрі, що призводить до більш швидкої кристалізації та формування більш дрібнозернистої структури.
- Фізичні властивості матеріалу. Відпал, як правило, пом’якшує матеріал, роблячи його пластичним і легко оброблюваним. Нормалізація, навпаки, підвищує твердість і міцність, хоч і зберігає певний рівень пластичності. Таким чином, вибір між цими методами залежить від вимог до кінцевих механічних властивостей виробу.
- Застосування. Відпал частіше використовується для матеріалів, яким потрібна подальша механічна обробка, тому що він робить їх м’якшим. Нормалізація застосовується для матеріалів, що потребують покращених механічних властивостей, таких як міцність та твердість. Наприклад, нормалізована сталь краще підходить для використання в конструкціях та елементах, що піддаються високим навантаженням.
І відпал, і нормалізація є важливими процесами термічної обробки, які допомагають покращити механічні властивості металів. Відпал кращий, коли потрібно підвищити пластичність і зменшити внутрішні напруги, тоді як нормалізація використовується для підвищення міцності та твердості. Розуміння відмінностей між цими методами дозволяє правильно вибирати термічну обробку в залежності від цілей та вимог до матеріалу.