Метал, який використовується у виробництві високотехнологічних конструкцій і деталей, частіше за все повинен бути однорідним та дрібнозернистим. Такі сталі володіють більш високими механічними характеристиками у порівнянні з матеріалом крупнозернистої структури. Для отримання необхідних механічних властивостей, зміни внутрішньої будови використовується термообробка сталі. Вона включає безліч методів температурного впливу.
Нормалізація сталі (НС) є різновидом відпалу й відноситься до процесів термічної обробки (ТО), при яких сплав нагрівається до аустенітного стану, витримується певний час та охолоджується. В даному випадку нагрів відбувається до температури, що перевищує критичну точку Ас3 на 30-50°С, при якій метал витримується, а потім охолоджується на повітрі.
Для кожного виду сплавів існує свій певний режим обробки. В ході процесу:
Процес нормалізації сталі
Результат ТО описується графіком з координатами «температура-час». Для доевтектоїдних (вміст вуглецю до 0,8%), евтектоїдних (0,8% вуглецю) й заевтектоїдних (понад 0,8% вуглецю) сталей температурний режим нормалізації й структурний та фазовий склад після термічної обробки будуть значно відрізнятися.
Нормалізація сталі використовується в таких цілях:
У доевтектоїдних сталях дрібнозернистої структури домагаються шляхом аустенізації при температурах, трохи вище за Ас3, у заевтектоїдних – при температурах вище за Ас1. При цьому зростання аустенітного зерна відзначається, коли температура відпалу вище за Ас3 або коли збільшена його тривалість.
Крупнозернистий аустеніт незалежно від швидкості охолодження дає крупнозернисті перетворення. Так, у низьковуглецевих сталях виникають досить великі феритні зерна та великі острівці перліту, а у сталях з високим вмістом вуглецю – груба феритна сітка, оточена великими включеннями перліту. У крупнозернистих сталях відзначається менша кількість фериту, ніж у дрібнозернистих. А при високих швидкостях охолодження він може утворювати відманштеттову структуру. Через підвищення температури Ас3 ймовірність утворення великих зерен збільшується із зменшенням вмісту вуглецю.
Застосування нормалізації дозволяє досягти подрібнення крупнозернистих структур: у перліті при переході через точку Ас1 у великій кількості починають з'являтися зародки аустеніту, що в результаті викликає утворення дрібнозернистих перетворень. Висока швидкість охолодження сприяє подрібненню зерна перетвореної структури, адже підвищення переохолодження збільшує в аустеніті кількість зародків фериту та перліту. Цей процес вже не залежить від кількості вуглецю, фериту і перліту, що міститься в сталі. До того ж повторна термічна обробка дозволяє посилити ефект подрібнення зерна.
Щоб зрозуміти, для чого потрібна нормалізація сталі, потрібно розібратися в технології.
Для виконання даної обробки використовуються спеціалізовані ділянки металургійних та переробних підприємств, оснащені термічними печами та іншим допоміжним обладнанням. Тут метал нагрівають до температури аустенітизації, яка залежить від конкретної марки сталі. Після необхідної витримки сталевий виріб вивантажують з наступним охолодженням на спокійному повітрі (іноді може застосовуватися посилене повітряне обдування).
У прокатних цехах металургійних підприємств нормалізація за такою схемою може бути замінена нормалізуючою прокаткою, яка здійснюється в потоці стану з використанням тепла нагріву
Ключовими параметрами будь-якої термічної обробки є:
Температуру нагріву сталі під нормалізацію вибирають з урахуванням її критичних точок. Найчастіше для цього використовують спеціальні ізотермічні та термокінетичні діаграми розпаду аустеніту. Для нових марок сталі значення критичних температур визначають дослідним шляхом.
Для доевтектоїдних сталей температура нагріву під нормалізацію зазвичай призначається на 30-50°С вище критичної точки Ас3. Заевтектоїдні сталі нагрівають до більш низьких температур в інтервалі Ас1-Ас3 (типовий режим – Ас1 +50°С) для виключення надмірного зростання зерна аустеніту й подальшого утворення грубої сітки цементиту.
Діаграма фазової рівноваги залізо-вуглець
Тривалість нагрівання під нормалізацію складається з двох основних елементів – часу прогріву виробу до заданої температури й часу фазових перетворень. Для малогабаритних виробів простої форми зазвичай для прогріву достатньо 15 хвилин. Час фазових перетворень залежить від ступеня легування сплаву: для вуглецевої сталі й низьколегованих марок призначають 1,5 хвилини на кожен міліметр товщини продукту, для високолегованих – 2-2,5 хв/мм.
Це важливий елемент термічної обробки, яка формує комплекс якісних та експлуатаційних характеристик виробу. Нормалізація сталі виконується з охолодженням на спокійному Іповітрі або із застосуванням прискореного обдування вентиляторами.
В результаті такої термообробки нормалізована сталь стає більш дрібнозернистою й рівномірною по механічних характеристиках у порівнянні з гарячекатаної.
ТО сталі дозволяє надати матеріалу характерний набір властивостей шляхом зміни його внутрішньої структури. Крім нормалізації, термічна обробка сталі може здійснюватися й іншими методами.
Вибір способу термічної обробки здійснюється на підставі хімічного складу і параметрів сталевого виробу, рівня властивостей, який потрібно забезпечити, а також наявного набору обладнання для здійснення даних операцій. Термічна обробка може застосовуватися і як проміжна операція при виготовленні металовиробів, і як остаточна – що додає продукту кінцевий комплекс характеристик.
Якщо замість загартування грамотно застосовувати нормалізацію сталі, можна:
Нормалізація сталі
Щоб убезпечити своє виробництво від форс-мажорних ситуацій, пов'язаних з використанням деталей та конструкцій з неякісного металу, придбайте тільки сертифіковану продукцію й тільки у надійних постачальників.
Якщо ви вирішили купити металопрокат у нас, ви отримуєте додатково гарантію відповідності заявленій структурі й хімічному складу. Потрібна консультація? З будь-яких питань звертайтеся на нашу контактну лінію за телефоном 0800-30-30-70 – надаємо консультативну підтримку безкоштовно.
Ми раді, що ви зацікавилися інформацією з нашого блогу. І даємо згоду на використання матеріалів для навчальних цілей або особистого користування. Проте попереджаємо, що копіювання інформації для публічного розповсюдження – це порушення авторського права та інших прав інтелектуальної власності згідно з Бернською конвенцією та Законом України про авторське право №3792-XII.