§ 3.2. Нормализация

Нормализация – термическая обработка, заключающаяся в нагреве доэвтектоидной стали на 30 – 50 °С выше А_с3 и заэвтектоидной стали выше А_сm с последующим охлаждением на воздухе для получения тонкопластинчатой перлитной структуры. Нормализация устраняет внутренние напряжения и наклеп, повышает механические свойства и подготавливает структуру для окончательной термической обработки. Нормализация по сравнению с отжигом – более экономичная операция, так как не требует охлаждения стали вместе с печью. Температура нагрева деталей при нормализации выше, чем при отжиге. Например, детали из стали 45 при отжиге нагреваются до 820 – 840 °С, а при нормализации – до 850 – 870 °С.

При нормализации превращение аустенита происходит при более низких температурах, чем при отжиге, поэтому перлит имеет более тонкую структуру. В результате нормализации сталь приобретает однородную мелкозернистую структуру. Для низкоуглеродистых сталей нормализацию часто применяют вместо отжига. Для среднеуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо закалки и высокого отпуска. Для высокоуглеродистых сталей нормализация не может заменить отжиг, так как твердость таких сталей после нормализации получается значительно больше, чем после отжига (твердость стали У10 после нормализации НВ 255 – 320, а после отжига НВ ≤ 197).

Для заэвтектоидной стали нормализацию применяют с целью устранения цементитной сетки, так как ускоренное охлаждение при нормализации препятствует выделению цементита по границам зерен. Нормализацию применяют также для обработки швов сварных соединений.

Дефекты и брак при отжиге и нормализации. Окисление и обезуглероживание. При нагреве в печах поверхность деталей взаимодействует с атмосферой рабочей камеры, содержащей кислород, водород, углекислый газ и пары воды, в результате чего образуется окалина (окислы железа Fe₂О₃, Fe₃О₄ и FeO) и происходит обезуглероживание поверхности металла. Окисление приводит к невозвратным потерям металла, значительно ухудшает состояние поверхностных слоев и требует последующей очистки от окалины.

Окалину с поверхности деталей удаляют травлением в растворах серной, соляной или азотной кислот с последующей промывкой в воде и нейтрализацией в щелочной ванне, очисткой в дробеструйных установках, и другими способами.

Обезуглероженный слой в зависимости от температуры и выдержки колеблется в пределах порядка 0,15 – 1,5 мм. На толщину обезуглероженного слоя влияет и состав стали. Например, углерод, вольфрам и алюминий увеличивают этот слой, а хром способствует его уменьшению. Обезуглероживание снижает поверхностную твердость и износостойкость. Для защиты изделий от окисления и обезуглероживания применяют нагрев в безокислительных атмосферах, засыпку деталей чугунной стружкой или предварительно прокаленным древесным углем и другие способы.

Дефект – недогрев (температура нагрева ниже заданной) приводит к снижению прочности, твердости и пластических свойств стали.

Дефект – перегрев (температура нагрева выше заданной и длительные выдержки) приводит к образованию крупнозернистой и грубо – игольчатой структуры.

Последствия перегрева могут быть устранены последующей термической обработкой – отжигом или нормализацией.

Дефект – пережог (значительное превышение температур нагрева) вызывает сильный рост зерен, окисление и оплавление их границ.

В результате связь между зернами ослабевает, металл теряет пластичность и становится хрупким. Пережог является неисправимым браком.