Plieno normalizavimas

Kadangi bet kuriam projektui naudojama medžiaga turi tinkamas mechanines savybes konkrečiam naudojimui, terminio apdorojimo procesai dažnai naudojami metalų mechaninėms savybėms pakeisti, o vienas iš labiau paplitusių terminio apdorojimo procesų yra normalizavimas. Kaip feritinio terminio apdorojimo procesas, normalizavimas gali padaryti geležies pagrindu pagamintą legiruotąjį plieną lankstesnį ir elastingesnį. Tai pasiekiama po to, kai dalis buvo termiškai sukietėjusi. Normalizuojanti liepsna įkaitina plieną iki aukštos temperatūros, tada lėtai atvėsina iki kambario temperatūros. Šildymas ir lėtas aušinimas keičia plieno mikrostruktūrą, taip sumažindami jo kietumą ir padidindami jo lankstumą.

Normalizavimas vyksta, kai kitas procesas sumažina lankstumą ir padidina mechaninės plieninės dalies kietumą. Kadangi normalizavimas mikrostruktūrą paverčia labiau kaliojo struktūra, metalas yra lengviau formuojamas, lengviau apdirbamas ir sumažina medžiagos likutinius įtempius, kurie gali sukelti netikėtą gedimą.

Kuo skiriasi atkaitinimas nuo normalizavimo?

Normalizavimas yra labai panašus į atkaitinimą tuo, kad abu apima metalo kaitinimą iki arba virš jo perkristalinimo temperatūros ir leidžiant jam lėtai atvėsti, kad susidarytų santykinai kaliojo mikrostruktūra. Pagrindinis skirtumas tarp atkaitinimo ir normalizavimo yra tas, kad atkaitinimas leidžia medžiagai atvėsti kontroliuojamu greičiu krosnyje. Normalizavimą galima atvėsinti įdėjus medžiagą į kambario temperatūros aplinką ir veikiant orui toje aplinkoje.

Šis skirtumas reiškia, kad normalizavimas turi greitesnį aušinimo greitį nei atkaitinimas. Dėl greitesnio aušinimo greičio susidaro šiek tiek mažiau kaliojo ir šiek tiek didesnės kietumo vertės nei tuo atveju, jei medžiaga būtų atkaitinta. Normalizavimas taip pat paprastai yra pigesnis nei atkaitinimas, nes aušinimo metu nereikia papildomo krosnies laiko.

Normalizavimo procesas

Standartizacijos procesas suskirstytas į tris pagrindinius etapus.

Atkūrimo etapas

rekristalizacijos etapas

Grūdų auginimo etapas

atkūrimo etapas

Regeneravimo fazės metu krosnis ar kito tipo šildymo įtaisas naudojamas medžiagai pakelti iki temperatūros, kurioje palengvinami jos vidiniai įtempiai.

Rekristalizacijos etapas

Rekristalizacijos etape medžiaga kaitinama virš jos rekristalizacijos temperatūros, bet žemiau lydymosi temperatūros. Tai lemia naujų grūdų susidarymą be išankstinio streso.

Grūdų auginimo etapas

Grūdų augimo proceso metu nauji grūdai yra visiškai išvystyti. Šis augimas kontroliuojamas leidžiant medžiagai atvėsti iki kambario temperatūros kontaktuojant su oru. Šių trijų etapų užbaigimo rezultatas yra medžiaga, turinti didesnį lankstumą ir mažesnį kietumą. Vėlesnės operacijos, kurios gali dar labiau pakeisti mechanines savybes, kartais atliekamos po normalizavimo proceso.

Proceso informacija

Normalizavimo metu medžiaga kaitinama iki temperatūros, maždaug lygios kietėjimo temperatūrai (800–920 °C). Šioje temperatūroje susidaro nauji austenito grūdai. Austenito grūdai yra daug mažesni nei ankstesni ferito grūdai. Po kaitinimo ir trumpo mirkymo komponentai gali laisvai atvėsti ore (dujose). Aušinimo proceso metu susidaro nauji ferito grūdai ir grūdų dydis toliau rafinuojamas. Kai kuriais atvejais tiek šildymas, tiek aušinimas atliekami naudojant apsaugines dujas, kad būtų išvengta oksidacijos ir dekarbiuracijos.

Kurie metalai gali būti normalizuoti?

Daugelio rūšių lydinius galima normalizuoti, įskaitant: geležies lydinius (įrankių plieną, anglinį plieną, nerūdijantį plieną ir ketaus), nikelio lydinius, varį, žalvarį ir aliuminį. Be to, normalizavimas daugiausia naudojamas anglies plieno ir mažai legiruoto plieno struktūros normalizavimui po kalimo, karšto valcavimo ar liejimo. Kietumas, gautas normalizavus, priklauso nuo plieno matmenų analizės ir naudojamo aušinimo greičio (maždaug 100–250 HB).

Naudos

Po kalimo, karšto valcavimo ar liejimo plieno mikrostruktūra dažnai yra nevienalytė, susidedanti iš didelių grūdų ir nepageidaujamų konstrukcinių komponentų, tokių kaip bainitas ir karbidai. Ši mikrostruktūra neigiamai veikia mechanines plieno savybes ir apdirbimą. Normalizuodamasis plienas gali gauti smulkesnę grūdėtą vienodą struktūrą su nuspėjamomis savybėmis ir apdirbamumu.

Įprastos normalizavimo programos

Normalizavimas naudojamas daugeliui skirtingų medžiagų daugelyje skirtingų pramonės šakų. Pavyzdžiui, feritiniai nerūdijančio plieno štampai automobilių pramonėje gali būti standartizuoti po darbo sukietėjimo jų formavimo proceso metu. Nikelio lydiniai branduolinėje pramonėje gali būti standartizuoti po šiluminių mikrostruktūrinių pokyčių, atsirandančių po suvirinimo. Anglies plienas gali būti normalizuotas po šalto valcavimo, kad sumažėtų trapumas, kurį sukelia darbinis sukietėjimas.