Normalizace oceli – co je to za proces, princip, teplota

Normalizace oceli se používá k odstranění vnitřních pnutí, snížení tvrdosti a získání jemnozrnné, jednotné struktury. Tvrdost a pevnost oceli jsou o něco vyšší než po žíhání. Normalizace spočívá v zahřátí hypoeutektoidní oceli o 30–35 °C nad bod Ac3 a eutektoidní a hypereutektoidní oceli nad bodem Acv, přičemž se krátce udržuje na této teplotě a poté se ochladí na vzduchu. Struktura oceli po normalizaci bude stejná jako po žíhání; některé vysokolegované oceli po normalizaci získávají strukturu kalení; struktura podeutektoidní oceli je po normalizaci tvořena feritem a perlitem, zatímco u hypereutektoidní oceli odpadá cementitová síť a vzniká jemná feritovo-cementitová směs (sorbitol). U některých ocelí je normalizace konečným tepelným zpracováním, tzn. získávají dobrou kombinaci tažnosti a pevnosti. Normalizace je ekonomický typ tepelného zpracování, který je široce používán v tovární praxi.

Pro zvýšení mechanické pevnosti a tvrdosti a udržení dostatečné houževnatosti oceli se používá tepelné zpracování, které se skládá ze dvou procesů: kalení a popouštění. Kalení a popouštění je hlavním typem konečného tepelného zpracování, které dodává dílům a konstrukcím potřebné výkonnostní vlastnosti. Konstrukční oceli po kalení a popouštění získávají zvýšenou tvrdost, vysokou pevnost a houževnatost. Nástrojové oceli získávají vysokou tvrdost a odolnost proti opotřebení s dostatečnou houževnatostí. Kalení spočívá v zahřátí oceli o 30-50 °C nad teploty fázové transformace, v jejím udržování na této teplotě a v rychlém ochlazení. Teplota ohřevu závisí na obsahu uhlíku v oceli (obr. 25). Díky vysoké rychlosti ochlazování získává ocel struktury, které se liší od těch rovnovážných odpovídajících stavovému diagramu systému železo-uhlík. Struktury získané rychlým ochlazením oceli se nazývají metastabilní. Představují různé stupně přeměny austenitu (martenzit, troostit, sorbitol). Obr. 25. Teplotní rozsah ohřevu uhlíkových ocelí pro kalení Hypoeutektoidní oceli, používané především jako konstrukční materiály ve stavebnictví a strojírenství, se zahřívají pro kalení na 30-50 °C nad bodem Jako_г Výsledkem je, že perlit a přebytek feritu tvoří homogenní pevný roztok – austenit. Ten, když se ochladí rychlostí vyšší než kritickou, se přemění na jemnojehlový martenzit s malým množstvím zadrženého austenitu. Tato metoda se nazývá úplné vytvrzení po správném popuštění vede k získání požadované ocelové struktury s dobrými mechanickými vlastnostmi. Pokud se hypoeutektoidní ocel před kalením zahřeje na teplotu ležící v rozmezí kritických bodů Jako_-Esoъ, pak dojde pouze k částečné rekrystalizaci oceli; zůstává určité množství feritu, který se během procesu kalení nezmění a tím nesníží tvrdost oceli. Takové kalení podeutektoidní oceli se nazývá neúplné a používá se extrémně zřídka; v obecném případě neumožňuje získat maximální možné pevnostní vlastnosti. Eutektoidní a hypereutektoidní oceli se před kalením zahřejí na 30–50 °C nad bodem Jako_р udržována na dané teplotě a poté ochlazována rychlostí vyšší než kritická. U těchto ocelí se používá neúplné kalení. Struktura eutektoidní oceli po takovém kalení bude obsahovat martenzit a zbytkový austenit a v hypereutektoidní oceli bude martenzit, sekundární cementit a zbytkový austenit. Hypereutektoidní oceli se používají především k výrobě nástrojů, které vyžadují vysokou tvrdost a odolnost proti opotřebení a přítomnost sekundárního cementitu ve formě malých, rovnoměrně rozmístěných zrn je dokonce žádoucí.

• • nízká – 150 200 °C (používá se pro přístroje);
• • průměrná – 300. 400 °C (pružiny, listové pružiny);
• • vysoká – 500 °C (ve většině případů – pro kritické strojní součásti a konstrukce). Kalení s vysokým popouštěním se nazývá zlepšení zpracování. Konstrukční oceli obsahující 0,3 jsou podrobeny zdokonalování. 0,5 % C. Takové oceli se nazývají zlepšila.

Kalitelnost je schopnost oceli výrazně zvýšit tvrdost při kalení. Prokalitelnost závisí především na obsahu uhlíku a legujících prvků v oceli. Čím více uhlíku, tím vyšší je tvrdost martenzitu vzniklého při úplném kalení a tím lepší prokalitelnost oceli.

Kalitelnost se nazývá schopnost oceli přijmout kalení do určité hloubky.

Nesprávně provedené kalení způsobuje řadu defektů v kovu. Jedná se především o nedostatečnou tvrdost, skvrny, zvýšenou křehkost, deformace, deformace a praskliny.

Většina operací spojených s tepelným zpracováním zahrnuje stejný algoritmus akcí:

• zahřívání produktu na určité teploty;
• udržování pod vlivem nastavené teploty po stanovenou dobu;
• chlazení, které lze provádět v různých prostředích a různými rychlostmi.

Tepelné zpracování dílů může působit jako mezitechnologický proces i jako dokončovací. V prvním případě jím procházejí ty díly, které se budou ještě opracovávat, například vrtáky nebo lopatky leteckých turbín. Druhý případ znamená, že po tepelném zpracování získá hotový díl nové vlastnosti.

Normalizace oceli je druh tepelného zpracování kovu s následným ochlazením na vzduchu. Výsledkem této operace je vytvoření normalizované ocelové konstrukce. Mimochodem, odtud pochází i název. Operace se používá ve vztahu k výkovkům, odlitkům atd. Normalizace slouží k minimalizaci zrn v ocelové konstrukci tvořené svarem.

Podstata procesu

Postup normalizace je následující. Díl se zahřeje na teploty, které překračují maximální přípustné parametry (Ac1, Ac3) o 30 – 50 stupňů Celsia, poté je na této teplotě po nějakou dobu udržován, poté se ochladí.

Teplota se volí podle třídy oceli. Slitiny obsahující 0,8 % uhlíku, tzv. hypereutektoidní, se tedy zpracovávají při teplotách ležících mezi kritickými body Ac1 a Ac3.

Jaké jsou kritické body Toto je název pro teploty, při kterých dochází k fázovým změnám a struktuře slitiny, když je zahřívána nebo ochlazována.

Výsledkem toho je, že určitý objem uhlíku vstupuje do tuhého roztoku a austenit je fixován. To znamená, že se objeví struktura skládající se z martenzitu a cementitu. Právě cementit vede ke zvýšení odolnosti proti opotřebení a tvrdosti. Zahřívání vysokouhlíkové oceli nad ac3 vede ke zvýšení vnitřních pnutí. To je způsobeno tím, že množství austenitu se zvyšuje v důsledku zvýšení koncentrace uhlíku.

Při zahřátí nad kritický bod Ac0,8 získává ocel s obsahem uhlíku nižším než 3 % zvýšenou viskozitu. To se děje proto, že v oceli tohoto typu se objevuje austenit (jemnozrnný), který se mění na martenzit (jemnozrnný).

Hypoeutektoidní ocel se nezpracovává při teplotách v rozmezí Ac1 – Ac3. Protože se v tomto případě objevuje ferit, který snižuje parametry tvrdosti.

Čas potřebný k dokončení operace

Získání homogenní struktury slitiny při určité teplotě nějakou dobu trvá. Tato doba bude určena jako doba výdrže oceli během normalizace. Experimentálně bylo stanoveno, že vrstva kovu o tloušťce 25 mm se po hodině stává homogenní. Tedy. a určit dobu normalizace.

Poslední fází je chlazení

Rychlost ochlazování hraje významnou roli při tvorbě objemu perlitu a velikosti jeho desek. Četné studie prokázaly, že vysoké rychlosti ochlazování zvyšují množství perlitu a ocel získává zvýšenou tvrdost a pevnost. Nízká intenzita chlazení vede ke ztrátě tvrdosti a pevnosti oceli.

Například při zpracování dílů s výraznými rozdíly ve velikosti. hřídele, je vhodné odstranit pnutí vznikající vlivem kolísání teplot. K tomu se předehřívají v nádobě naplněné různými solemi. Při poklesu teploty je možné tento proces urychlit umístěním horkých dílů do vody nebo speciálně vybraného oleje.

Jinými slovy, normalizace oceli eliminuje napětí uvnitř součásti a minimalizuje její strukturu. To znamená, že má přímý vliv na změny mikrostruktury ocelových slitin.

Pomocí normalizace

Tato forma tepelného zpracování se používá k dosažení různých účelů. Použití normalizace tedy může zvýšit nebo snížit tvrdost ocelové slitiny, houževnatost a pevnostní charakteristiky. Tento způsob tepelného zpracování se používá, když je potřeba zlepšit obrobitelnost oceli pomocí různých metod – řezání, lisování atd.

Díly vyrobené odléváním procházejí normalizací za účelem získání homogenizované struktury a odstranění vnitřních pnutí. Totéž lze říci o dílech získaných po kování. To znamená, že normalizace slouží k získání homogenní kovové struktury a odstranění vnitřních pnutí. Kromě toho lze tento proces použít jako náhradu za kalící produkty se složitými profily. Kromě zmíněných výsledků normalizačního procesu můžete přidat takové výsledky, jako je minimalizace zrn ve struktuře slitiny, odstranění sekundárního cementitu a zvýšení obrobitelnosti oceli.

V podstatě podobné procesy tepelného zpracování

Kromě normalizace lze do seznamu tepelného zpracování ocelí přidat následující operace:

• žíhání;
• dovolená;
• kalení;
• kryogenní léčba a několik dalších.

Žíhání poskytuje vysoce kvalitní, jemnější strukturu perlitu, k čemuž dochází, protože se k chlazení dílů používají pece. Účelem této operace je snížit heterogenitu konstrukce, odstranit napětí a zvýšit obrobitelnost.

Principy operace kalení jsou totožné s principy normalizace, ale existují určité rozdíly. Například při kalení se používají mnohem vyšší teploty a vysoké rychlosti ochlazování. Kalení vede ke zlepšení pevnostních charakteristik, tvrdosti atd. Často se však obrobky, které prošly kalením, vyznačují sníženou viskozitou a vysokou křehkostí.

Po kalení se používá temperování dílů. Popouštění snižuje křehkost a vnitřní pnutí. V tomto případě je teplotní rozsah nižší než rozsah používaný při normalizaci. Díly jsou chlazeny na vzduchu. S rostoucí teplotou klesá pevnost v tahu a tvrdost a zároveň se zvyšuje rázová houževnatost.

Kryogenní úprava oceli má za následek jednotnou strukturu kovu a zvýšenou tvrdost. Tato technologie zpracování se používá pro kalenou uhlíkovou ocel.

Normalizace a její aplikace v praxi

Při zadávání způsobu tepelného zpracování musí technolog vzít v úvahu koncentraci uhlíku. Oceli, ve kterých obsah uhlíku nepřesahuje 0,4 %, lze zpracovávat jak normalizací, tak žíháním. Normalizace minimalizuje velikost zrna ve struktuře a zvyšuje pevnostní charakteristiky.

Porovnáním času stráveného mezi normalizací a jinými metodami můžeme dojít k závěru, že zpracování jinými metodami trvá déle.

Vzhledem k rychlosti operace, pokrytí velkého množství ocelí, kvalitě výsledných parametrů (tvrdost, pevnost atd.) se proto ve strojírenství hojně využívá normalizace.