Wyżarzanie normalizujące, normalizowanie - opis

Wyżarzanie normalizujące zasadniczo służy otrzymaniu rozdrobnionej i równomiernej struktury perlityczno-ferrytycznej stali oraz przewidywalnych własności mechanicznych. Normalizowanie niesie w sobie myśl o odprężeniu oraz zachodzącej przemianie strukturalnej. Normalizowanie od odprężania różni się tym, że wprowadza zmiany strukturalne, a od zmiękczania / sferoidyzacji tym, że uzyskana struktura nie jest najbardziej miękką możliwą strukturą dla danej stali. Często po normalizowaniu następuje dalsza obróbka cieplna lub obróbka skrawaniem. Wyroby stalowe normalizowane lub kształtowane (np. walcowane) normalizująco mają w oznaczeniu symbol dodatkowy +N (lub +TN), natomiast wyroby normalizowane i odpuszczone +NT (lub +TNT).

Normalizowanie stali - cel

Zgniot lub nieodpowiedni rozkład temperatur podczas zabiegów cieplnych powoduje niejednorodną strukturę stali z dużymi ziarnami i węglikami, co może prowadzić do odkształceń podczas dalszej obróbki. Normalizowanie daje pewność całkowitego przekrystalizowania, odpręża stal i usuwa niekorzystne zmiany strukturalne, czym zapewnia uzyskanie wymaganych własności.

Normalizowanie stosuje się w stalach do ulepszania, do azotowania oraz kotłowych jako zabieg przygotowawczy przed hartowaniem w celu zmniejszenia naprężeń i odkształceń hartowniczych. Stale do nawęglania są normalizowane przed nawęglaniem w celu zmniejszenia odkształceń. Jest to również jeden z najczęściej stosowanych zabiegów w odniesieniu do stali węglowych i konstrukcyjnych, czasami jako obróbka końcowa, tzn. niektóre stale konstrukcyjne mogą być dostarczane w stanie +N lub +NT. Normalizowaniu poddaje się pręty, odkuwki i większe elementy.

Normalizowanie po walcowaniu na gorąco stosuje się do niektórych blach, na przykład do blachy elektrotechnicznej.

Normalizowanie stali łożyskowych ma na celu naprawienie różnego rodzaju wad mikrostruktury, jak siatka lub pasmowość węglików, gruboziarnistość, nadmierne zróżnicowanie wielkości węglików. Wady te powstają wskutek niewłaściwej temperatury końca obróbki plastycznej, zbyt powolnego chłodzenia po tej obróbce, bądź błędów wyżarzania sferoidyzującego, co przejawia się w postaci niejednorodnego, zbyt grubego sferoidu. Stali łożyskowej obrobionej plastycznie we właściwy sposób nie normalizuje się. Takie normalizowanie przeprowadza się w temperaturze 900-920°C, najlepiej w atmosferze ochronnej. Niektórych wad nie sposób naprawić normalizowaniem i konieczne jest homogenizowanie.

Stale nierdzewne, kwasoodporne i automatyczne normalizuje się tylko w wyjątkowych wypadkach.

Typowe miejsce wyżarzania normalizującego w całej obróbce wyrobu stalowego:

1. Stal jest w stanie zmiękczonym. Struktura to sferoid, węgliki rozłożone na osnowie ferrytu.
2. Po obróbce plastycznej (szczególnie na gorąco), stal może mieć niejednorodną strukturę z dużymi ziarnami i rozproszonymi węglikami. Występują naprężenia wewnętrzne, a struktura wymaga ujednorodnienia.
3. Stal poddawana jest normalizowaniu. Struktura stali to drobnoziarnisty i jednorodny perlit lub ferryt.
4. Wyrób znormalizowany może być poddany hartowaniu, ulepszaniu cieplnemu, nawęglaniu lub oddany do użytku.

Wyżarzanie normalizujące - temperatura

Stal węglowa - wyżarzanie normalizujące stali węglowej polega na nagrzaniu stali do temperatury o 30-50°C wyższej od A_C3 (stal podeutektoidalna i staliwo) lub 50°C wyższej niż A_CM (stal nadeutektoidalna), wygrzaniu w tej temperaturze aż do osiągnięcia równomiernego austenitu i następnym chłodzeniu w spokojnym powietrzu. Niektóre stale nadeutektoidalne ze znaczną skłonnością do rozrostu ziaren normalizuje się w temperaturze A_CM lub nawet nieco niższej niż A_CM.

Stal stopowa normalizowana jest według zaleceń producenta i norm, zgodnie z danym składem chemicznym. Oto kilka przykładów:

• Stal do nawęglania 1.5918 / 17CrNi6-6 jest normalizowana w temp. 850 - 890℃ przed nawęglaniem w celu zmniejszenia odkształceń.
• Stal do ulepszania cieplnego 35HGS / 35HGSA jest normalizowana w temp. 860 - 880℃ przed hartowaniem w celu zmniejszenia naprężeń i odkształceń hartowniczych.
• Stal do ulepszania cieplnego 50CrMo4 / 1.7228 jest normalizowana w temp. 840 - 880℃ przed hartowaniem
• Stal do azotowania 41CrAlMo7 / 1.8509 jest normalizowana w temp. 900 - 940℃ przed hartowaniem
• Stal konstrukcyjna 34CrMo4 / 1.7220 jest normalizowana w temp. 850 - 880℃ przed hartowaniem
• Stal kotłowa 21CrMoV5-7 / 1.7709 jest normalizowana w temp. 950 - 980℃ przed hartowaniem
• Stal kotłowa 13CrMo4-5 / 1.7335 jest normalizowana w temp. 910 - 940℃ przed hartowaniem
• Stal żaroodporna X11CrMo5 / 12CrMo19-5 jest normalizowana w temp. 930 - 980℃ przed hartowaniem

Walcowanie normalizujące

Walcowanie normalizujące to walcowanie na gorąco, w którym końcowy etap walcowania odbywa się w zakresie temperatury austenizowania, po czym blacha jest chłodzona. Takie walcowanie w jednym cyklu kształtuje wyroby i usuwa naprężenia.

Normalizowanie ze sferoidyzowaniem

W niektórych zakładach normalizowanie przeprowadzane jest w jednym cyklu z wyżarzaniem sferoidyzującym w piecach przelotowych dla odkuwek o dużych przekrojach. Rozdrobnienie perlitu bowiem, zapewniane przez normalizowanie, przyspiesza proces sferoidyzacji.

Przemiany struktury

Podczas normalizowania stal przemienia się w austenit o początkowo drobnych ziarnach, który następnie w wyniku chłodzenia przemienia się w strukturę perlityczo-ferrytyczną. Wyjściowa struktura stali przed normalizowaniem właściwie nie ma znaczenia.

Regenerowanie stali

Wyżarzanie normalizujące może naprawić niektóre błędy typowe dla hartownia.

Stal przegrzana, to jest grzana w zbyt wysokiej temperaturze, co doprowadziło do nadmiernego rozrostu ziaren, może być zregenerowana poprzez wyżarzanie normalizujące. Nie da się w ten sposób naprawić stali przepalonej, to jest takiej, w której nastąpiło utlenienie na granicy ziaren.

Stal wypaczona / wykrzywiona wskutek niewłaściwego hartowania może być naprawiona w sposób następujący - stal taką należy znormalizować, schłodzić w powietrzu, wyprostować i zahartować po raz kolejny.

Wyżarzanie zupełne

Za odmianę normalizowania można uznać wyżarzanie zupełne, które od standardowego normalizowania różni się tylko przebiegiem chłodzenia, znacznie wolniejszego i odbywającego się razem z piecem lub w popiele. Poprzez wyżarzanie zupełne uzyskuje się strukturę najbardziej zbliżoną do stanu równowagi, (czyli dla stali) ferryt z perlitem, sam perlit lub perlit z cementytem. Wyżarzanie zupełne ma zastosowanie głównie do stali stopowych.

Bibliografia

Leszek Adam Dobrzański, Metaloznawstwo i obróbka cieplna, Wydawnictwa szkolne i pedagogiczne, 1986

Kornel Wesołowski, Metaloznawstwo i obróbka cieplna, Państwowe wydawnictwa szkolnictwa zawodowego