Normalizace oceli je tepelné zpracování, které zahrnuje změnu vnitřní struktury kovu. Skládá se ze souboru procesů probíhajících podle určitých technologií. Jedná se o jedno ze zpracování slitin, po kterém následuje druhé kalení a popouštění. Jeho podstata spočívá ve zlepšení fyzikálních a mechanických vlastností oceli. Během technologického procesu se ocelový předvalek zahřeje na teplotu převyšující kritickou o 30-50 stupňů. Poté se vytvrzování provádí za normalizačních podmínek. Následně se obrobek ochladí na vzduchu. V závislosti na vlastnostech technologie však lze použít i jiný způsob chlazení.
Normalizace je v podstatě normalizační žíhání. V jeho průběhu dochází k odstraňování nehomogenních a hrubozrnných kovových frakcí vzniklých při lití, válcování, ražení a kování. A také dochází k poklesu vnitřního stresu. Algoritmus techniky je stejný, ale techniky mohou mít různé teplotní a časové indikátory. Dopad na ocel prostřednictvím teplotních změn je střední nebo konečná fáze. Podstatou meziproduktu je připravit kov pro následnou expozici.
Účelem finále je přidat do vlastností nové vlastnosti. Normalizace umožňuje snížit počet zrn v ocelové konstrukci vyplývající ze svařování. Kvalita kovu závisí na struktuře jeho krystalové mřížky. Normalizace přispívá ke zvýšení tvrdosti a pevnosti. Provádí se pro vysoce-, středně-, nízkouhlíkové, nízkolegované oceli.
Díky němu je v každém případě dosaženo změn nutných ke zlepšení stávajících parametrů. Nelze jej považovat za výhradní nástroj pro udělování tvrdosti.
V některých případech je to potřeba pro opačný efekt. Snižuje nejen pevnost, ale i rázovou pevnost. Odstraňuje stres, který vznikl z různých důvodů. Nejedná se pouze o tepelné, ale také o mikrostrukturální zpracování. Operace se provádí pro kov a odlitky. To usnadňuje práci s ocelí. V tomto případě může být proces prováděn během temperování kovu. V tomto případě se jedná o alternativu k kalení obrobků složitého tvaru.
Normalizovaný kov se snadněji řeže, normalizace zjednodušuje odstranění sekundární cementitové sítě. Požadovaná teplota se volí na základě jakosti oceli. Například slitina s obsahem uhlíku 0,8 % (hypereutektoidní) je vystavena teplotám mezi kritickými hodnotami Ac1 a Ac3. V důsledku toho se do slitiny dostane malé množství uhlíku a austenit se zafixuje. Výsledná struktura se skládá z martenzitu a cementitu. Když se slitina zahřeje nad kritický bod, stane se viskózní. Hypoeutektoidní ocel není podrobena zpracování v teplotním rozsahu mezi kritickými značkami. To vede k tvorbě feritu, který nepříznivě ovlivňuje tvrdost.
Normalizace snižuje práh křehkosti za studena a podporuje úplnou rekrystalizaci. Odstraňuje mechanické zpevnění a připravuje ocel na sekundární kalení. Díky ní nejsou povoleny závady v úseku.
Zařízení a materiály
Hlavním zařízením pro normalizační postup jsou speciální pece pro kalení a žíhání. Vytápění pece je plynové, systém může obsahovat různé prvky. Klíčové jsou komory – utěsněné boxy pro umístění obrobků. Kromě nich má zařízení ohřívače-hořáky. Vnucují nastavenou teplotu do komor trouby. Pracují pomocí nepřímého nebo přímého ohřevu, jsou ploché hořáky. Pece jsou vybaveny zařízeními s nastavitelnými blokovacími funkcemi. Mají vestavěné moduly, které řídí napájení. Typ těchto zařízení je pulzní, proporcionální, kombinovaný. Kromě nich jsou součástí vybavení tepelné izolátory. Ohřev vnitřní komory pece je realizován vzduchovým prostorem. Hořák je umístěn ve středu komory. Jeho konstrukce je navíc regenerační nebo rekuperační.
Odporové pece na principu nepřímého ohřevu mají jiný systém ohřevu. Nejběžnější možností je tyristorový obvod řízení výkonu řízený mikroprocesorem. Při naší práci používáme různé druhy oceli. Kalení se liší podle podmínek zahřívání a chlazení. Může být úplný, neúplný, s průběžným chlazením, izotermický, stupňovitý. Provádí se v jednom nebo dvou kapalných médiích. Může probíhat s omezeným pobytem v chladícím prostředí. Kombinace metod umožňuje vytvořit strukturu s charakteristikami, které splňují požadované požadavky na výkonnost produktu. Při plném vytvrzení překračuje teplota kritické hodnoty. V neúplném stavu se nachází v rozmezí hodnot kalení. Pokud se provádí při rychlosti ochlazování převyšující kritickou, bude ochlazená struktura sestávat z martenzitu a zbytkového austenitu.
Když je rychlost ochlazování nižší než kritická, bude struktura sestávat ze slitiny feritu a karbidu různé disperze. Pokud se kalení provádí za kontinuálního chlazení, je jeho teplota pod počátečním bodem martenzitické přeměny.
Práce
Normalizace oceli probíhá v podmínkách speciálních úseků hutních a zpracovatelských podniků, vybavených kromě pecí dalšími pomocnými zařízeními. Na konci expozice se ocelový díl odlehčí za dalšího ochlazování vzduchem nebo foukáním vzduchem. V tomto případě se chlazení provádí pomocí ventilátorů. Někdy je normalizace nahrazena normalizačním válcováním. Zároveň se snižují nejen časové ukazatele, ale také náklady na energii. Režimy normalizace a expoziční časy se liší.
Teplota se volí s ohledem na TO, značku, procento uhlíku, základní legující prvky. Doba expozice závisí na velikosti produktu, jeho chemickém složení, teplotě ohřevu. Čím větší je tloušťka, legování a nižší teplota, tím delší je fázový proces. Středně velké předměty se ohřívají v optimálním prostředí po dobu 15 minut. Doba fázových přeměn souvisí se stupněm legování oceli. Pro uhlíkovou slitinu a nízkolegovanou jakost stačí jedna a půl minuty na 1 mm tloušťky. Pro vysoce legované – 2-2,5 minuty na každý mm. V průměru bylo experimentálně zjištěno, že výrobek o tloušťce 2,5 cm vydrží 1 hodinu.
Během chlazení se berou v úvahu indikátory spodní kritické značky. Pokud jsou hodnoty nižší, proces se urychlí. V tomto případě se výrobek nebo obrobek umístí do nádoby s vodou nebo olejem. Pokud má objekt velký rozdíl v průřezu, aby se zabránilo deformaci, sníží se tepelné namáhání. To je důležité během fáze ohřevu a chlazení. Před provedením práce se zahřívání provádí v solné lázni. Na konci všech činností vzniká kov bez pruhů, s homogenní strukturou. Průměrná rychlost chlazení se pohybuje v rozmezí 20-500 stupňů/s.
Nuance normalizace různých značek
Režimy normalizace ocelí jakosti 20, 35, 40, 40X, 45, 50, St3 jsou různé. Teplota ohřevu nebo prvního kalení oceli 30 je 870 stupňů, pro značku 40 – 840, pro 45 – 830, pro 50 – 810 stupňů. Chladicí médium pro uhlíkové oceli je voda. Prázdninová teplota se pohybuje od 250 do 500 stupňů. Teplota prvního kalení chromových a manganových ocelí je 830-880 stupňů. Pokud je ocel kalena před dosažením požadované teploty, vytvářejí se feritické zóny, díky nimž klesá pevnost. Výrazný přebytek kritických stop během kalení vyvolává tvorbu trhlin.
Oceli 40X, 45X, 50X a 30X se však chladí v oleji. Pro ostatní je optimálním chladicím médiem vzduch a voda. Za těchto podmínek kov získává požadovanou tvrdost, zlepšuje vlastnosti, které se mění v důsledku zpracování. Intenzita chlazení je dána množstvím perlitu a parametry odlévaných sochorů. Čím je intenzivnější, tím více perlitu a tím pevnější je kovová struktura. Ve srovnání s žíhanou ocelí se slitina s vysokým a středním obsahem uhlíku stává pevnější a tvrdší o 15–10 %. Proud vzduchu může proudit rychlostí až 800 stupňů/s. V závislosti na typu oceli je chladicím médiem kromě vody a minerálního oleje roztavená sůl. Chlazení by mělo být správné a intenzivní.
Pokud je rychlý, zvyšuje se pevnost a tvrdost kovu. Při pomalém procesu ztrácí kov své vlastnosti. Konstrukční ocel se normalizuje venku, ne v peci. Podléhá vrtání, soustružení, frézování. Při korekci porušené struktury slitin se přistupuje k dvoustupňovému chlazení. V tomto případě se perlitové desky přeměňují na zrna. Kov se zahřeje na indikátory překračující kritickou značku. Poté se sníží na 700, udržuje se až na 500 stupňů. Poté se podrobí dlouhému chlazení. Tato normalizace se nazývá sféroidizace. V důsledku toho se kov stává tvárným pro řezání.
Podle tohoto principu se zpracovávají slitiny s obsahem uhlíku 0,65 %. Doba expozice kovu závisí na jeho struktuře. Čím je drsnější, tím více času zabere.
Jednou z možností, jak změnit parametry oceli, je tepelné zpracování. Zahrnuje několik metod, jednou z nich je normalizace. Dále jsou zvažovány principy a aplikace této technologie, její odlišnosti od ostatních metod této skupiny.
Obecná ustanovení
Principem většiny technologií tepelného zpracování je ohřev a držení ocelí a chlazení, které mění jejich strukturu. Přes stejný princip a podobné cíle má každý z nich určité teplotní a časové režimy. Tepelné zpracování může sloužit jak jako mezistupeň, tak i jako konečný technologický proces. V prvním případě se takové metody používají k přípravě materiálu pro další zpracování a ve druhém se tímto způsobem propůjčují nové vlastnosti.
Normalizace oceli je proces ohřevu, držení materiálu, jeho následné ochlazení na vzduchu. V důsledku toho se vytvoří normalizovaná struktura. To vysvětluje název této metody zpracování. Normalizace se aplikuje na různé oceli a také na odlitky. Kromě toho se této operaci podrobují svary, aby se zjemnila struktura materiálu.
Zásady
Podstata normalizace spočívá v zahřátí oceli na teplotu přesahující horní kritické teplotní hodnoty o 30 – 50 °C, udržení a chlazení. Teplota se volí podle druhu materiálu. Hypereutektoidní varianty by tedy měly být normalizovány v teplotním intervalu mezi body Ac1 a jako3, zatímco hypoeutektoidní ocel používá teploty nad Ac3. Výsledkem je, že všechny materiály prvního typu získávají stejnou tvrdost díky tomu, že do roztoku přechází stejné množství uhlíku a je fixováno stejné množství austenitu. Získá se struktura sestávající z martenzitu a cementu. Druhá složka zlepšuje odolnost proti opotřebení a tvrdost materiálu. Zahřívání oceli s vysokým obsahem uhlíku přes AC3 vede ke zvýšení vnitřních pnutí v důsledku růstu zrn austenitu a zvýšení jeho množství v důsledku zvýšení koncentrace uhlíku v něm, což vede ke snížení teploty přeměny martenzitu. Z tohoto důvodu se snižuje tvrdost a pevnost. Pokud jde o hypoeutektoidní ocel, při zahřátí nad Ac3 stává se viskóznější. Je to dáno tím, že v nízkouhlíkové oceli vzniká jemnozrnný austenit, který se po ochlazení mění na jemnozrnný martenzit. Teploty mezi Ac1 a jako3 se pro zpracování takových materiálů nepoužívají, protože struktura podeutektoidní oceli v tomto případě přijímá ferit, který snižuje její tvrdost po normalizaci a mechanické vlastnosti po popouštění. Doba expozice určuje stupeň homogenizace struktury. Za normativní ukazatel se považuje hodina expozice na 25 mm tloušťky.
Mezi těmito veličinami tedy existuje přímý vztah. To znamená, že se zvýšením intenzity ochlazování se tvoří více perlitu, vzdálenost mezi deskami a jejich tloušťka se zmenšují. To zvyšuje tvrdost a pevnost normalizované oceli. V důsledku toho nízká intenzita chlazení přispívá k tvorbě materiálu s nižší pevností a tvrdostí. Kromě toho se při zpracování předmětů s velkými rozdíly v průřezu snaží snížit tepelné namáhání, aby se zabránilo deformaci, a to jak během ohřevu, tak během chlazení. Před zahájením práce se tedy zahřejí v solné lázni. Když se teplota obrobku sníží na nižší kritický bod, lze chlazení urychlit jeho umístěním do oleje nebo vody.
Normalizace tedy snižuje vnitřní pnutí, zjemňuje hrubozrnnou strukturu výkovků, odlitků a svarů rekrystalizací. To znamená, že se mikrostruktura oceli mění.
Jmenování
Normalizace se používá pro různé účely. Prováděním těchto prací se jak zvyšuje, tak i naopak snižuje tvrdost oceli, rázová houževnatost a pevnost. To je určeno tepelnou a mechanickou historií materiálu. Tato technologie se používá pro snížení zbytkových napětí nebo zlepšení stupně obrobitelnosti materiálu různými metodami.
Ocelové odlitky jsou podrobeny takové úpravě, aby se struktura homogenizovala, zvýšila se náchylnost k tepelnému tvrzení, snížila se zbytková napětí.
Předměty získané opracováním tlakem se po kování a válcování normalizují, aby se snížily nerovnosti konstrukce a její páskování, resp. Normalizace s temperováním slouží jako náhrada kalení u tvarově složitých předmětů nebo s prudkými změnami průřezu. Tato metoda zabraňuje defektům. Kromě toho se normalizace používá pro zjemnění hrubozrnné struktury, zlepšení struktury před kalením, zlepšení obrobitelnosti, odstranění sekundární cementové sítě u hypereutektoidní oceli, přípravu na konečné tepelné zpracování oceli po normalizaci.
Související procesy
Tepelné zpracování oceli kromě normalizace zahrnuje žíhání, popouštění, kalení, kryogenní zpracování, precipitační kalení. Účel normalizace, stejně jako princip implementace, se shoduje se jmenovanými technologiemi. Proto se provádí další srovnání těchto procesů. Žíhání má za následek jemnější perlitovou strukturu, protože zahrnuje chlazení v peci. Používá se ke snížení strukturní heterogenity, napětí po lití nebo tlakovém zpracování, k získání jemnozrnné struktury, ke zlepšení řezání. Princip kalení je podobný, s výjimkou vyšších teplot než normalizace a vyšší rychlosti ochlazování díky tomu, že se vyrábí v kapalinách. Popouštění zvyšuje pevnost a tvrdost, stejně jako normalizace. Díly získané tímto způsobem jsou však křehké a mají nízkou rázovou houževnatost.
Temperování se používá po kalení ke snížení křehkosti a napětí. K tomu se materiál zahřeje na nižší teplotu a ochladí na vzduchu. Se stoupající teplotou klesá pevnost v tahu a tvrdost a zvyšuje se rázová houževnatost. Precipitační kalení, také související s povrchovou úpravou, zahrnuje separaci dispergovaných částic v tuhém roztoku po ochlazení při nižší teplotě za účelem vytvrzení. Díky kryogennímu zpracování získává materiál jednotnou strukturu a tvrdost. Tato technologie je zvláště relevantní pro kalenou uhlíkovou ocel.
přihláška
Volba kterékoli z uvažovaných metod zpracování je dána koncentrací uhlíku v oceli. U materiálů s hodnotou tohoto ukazatele do 0,2 % je vhodnější použít normalizaci. Oceli s obsahem uhlíku 0,3 – 0,4 % se upravují jak normalizací, tak žíháním. V takových případech se výběr metody provádí na základě požadovaných vlastností materiálu. Normalizace oceli tedy dává jemnozrnnou strukturu, větší pevnost a tvrdost ve srovnání s žíháním. Tato technologie je navíc produktivnější proces. Proto je za ceteris paribus výhodnější. Upřednostňuje se před kalením kvůli křehkosti takto získaných produktů a při zpracování předmětů s rozdílnými průřezy, aby se předešlo defektům.
Normalizaci lze tedy ve vztahu k nim považovat za přechodnou technologii: poskytuje materiál, který je tvrdší než žíhání, ale méně křehký než kalení, zlepšuje strukturu a snižuje pnutí. Vzhledem k tomu se ve strojírenství více rozšířila normalizace.
