Normalizace oceli: popis a charakteristika

Normalizace oceli je technologický proces tepelné povahy, jehož účelem je zlepšit vlastnosti oceli různých jakostí. Zjistěte, jak se mění struktura a vlastnosti kovů po normalizaci, jaké teploty se používají při zpracování.

Kvalita oceli je dána strukturou její krystalové mřížky. Při tepelném zpracování může v některých případech dojít k narušení rovnoměrnosti kovového zrna, ke vzniku defektů a vnitřních pnutí. Čím více takových negativních aspektů, tím nižší bude kvalita materiálu. Pro zlepšení vlastností jakosti (aby byl kov pevnější a tvrdší) se používá proces zvaný normalizace oceli. Tento typ zpracování také odkazuje na tepelné.

Nejčastěji tento typ zpracování zaujímá střední pozici v technologickém řetězci, ale někdy se používá v konečné fázi k získání dlouhých produktů. Normalizovat lze vysoce uhlíkové, středně uhlíkové a nízkouhlíkové oceli, jakož i nástrojové materiály a nízkolegované kovové výrobky. V každém konkrétním případě je normalizace dosaženo tou či onou změnou spojenou se zlepšením parametrů.

• 1 Cíle a účel normalizace
• 2 Proces normalizace a základní principy
• 3 Vybavení a materiály

Cíle a účel normalizace

Normalizace má několik účelů – neměla by být považována pouze za způsob zvýšení tvrdosti oceli. V některých případech tento proces dosahuje opačného účinku na tvrdost a může také snížit pevnost a houževnatost kovu. Zde je důležité pochopit, že každá ocel má mechanickou a tepelnou historii.

Hlavním cílem normalizace je dosáhnout účinku vyrovnávacích napětí, která z toho či onoho důvodu vznikla ve struktuře materiálu. V důsledku toho se ocel snáze zpracovává různými způsoby a získává další vlastnosti jako výsledek zpracování.

Pokud vezmeme například ocelové odlitky, pak zpracování normalizační metodou nám umožní získat homogenizaci krystalové struktury, snížit zbytková napětí a zvýšit schopnost tepelného kalení.

Ocelové předměty, které byly získány tlakem, jsou po válcování a kování podrobeny normalizaci, aby se snížilo páskování a heterogenita konstrukce.

Když se proces normalizace provádí současně s popouštěním kovu, jedná se o alternativu ke zpracování kalením pro výrobky, které mají složitý tvar nebo mají ostré rozdíly v průřezu. V tomto případě je možné se vyhnout možné deformaci součásti.

Další vlastnost normalizace: umožňuje přeměnit hrubozrnnou strukturu kovu do jemnějšího stavu. Tato úprava zlepšuje schopnost tuhnutí, zpracování řezáním a umožňuje odstranit síť tzv. sekundárního cementu u hypereutektoidní oceli. To vše pomáhá připravit produkt na tepelné zpracování v poslední fázi technologického procesu.

Proces normalizace a základní principy

Z hlediska fyziky procesu je normalizace oceli tepelné zpracování kovu, při kterém se zahřeje nad horní kritickou hranici Acm a Ac3 o 30–50 stupňů Celsia. Na této úrovni je kov udržován a poté ochlazen za normálních podmínek okolní teploty.

Po dosažení bodu Ac3 je pozorováno dokončení fáze, kdy dochází k přeměně feritu na austenit za současné normalizace struktury výsledné látky. Po překonání prahu Acm následuje proces, kdy se z austenitu začne srážet sekundární cementit (pokud se teplota sníží) a zastaví se jeho rozpouštění v austenitu (s nárůstem teploty vzhledem k tomuto bodu).

Pokud byla ocel příliš přehřátá a mřížkové zrno kvůli tomu zhrublo, pro zmenšení této velikosti se výrobek podrobí takovému zpracování, kdy se normalizační teplota oceli zvýší o 100–150 stupňů Celsia vzhledem k bodu ACj.

Nezaměňujte normalizaci s žíháním: každý proces má své vlastní charakteristiky. Když je ocel normalizována, chlazení probíhá dvakrát rychleji. Z ekonomického hlediska je tento proces cenově výhodnější, protože nevyžaduje použití pece pro postupné chlazení.

Metodu normalizace oceli nelze vždy aplikovat na některé jakosti oceli, protože po takovém zpracování zůstávají na zvýšené tvrdosti, což není ve všech případech nutné. To platí pro ty kovy, kde obsah uhlíku přesahuje 0.4 %. U nízkouhlíkových ocelí tento efekt obvykle není pozorován. Východiskem z této situace může být použití vysokého temperování po normalizaci na teplotu 650–700 stupňů Celsia.

Zařízení a materiály

Jako zařízení pro normalizaci se používají pece na kalení a žíhání oceli. Plynové vytápění lze použít v zařízení pece. Takové systémy obsahují:

1. Fotoaparát. Jedná se o speciální, hermeticky uzavřený box, do kterého jsou umístěny obrobky.
2. Topná tělesa ve formě hořáků. Navrženo pro zvýšení teploty v komoře trouby. Hořáky mohou být plochého hořáku a fungují na principu nepřímého nebo přímého ohřevu.
3. Zařízení, která provádějí vypínací a ovládací funkce.
4. Moduly řízení výkonu. Mohou být kombinovaného typu, proporcionální nebo pulzní.
5. Tepelně izolační materiál.

Princip ohřevu vnitřní komory pece plynem lze realizovat přes vzduchový prostor, pak je hořák umístěn uprostřed. Lze také použít návrhy hořáků pro regeneraci a regeneraci.

V odporových pecích, kde se používá nepřímý způsob ohřevu, může být topný systém vyroben podle různých principů. Nejčastěji se zde pro řízení výkonu používají tyristorové obvody, které jsou zase řízeny pomocí mikroprocesorových obvodů.

Vážení návštěvníci stránek, všichni, kdo rozumí technologickému postupu provádění operací normalizace oceli, zanechte své doplnění k článku v komentářích!

Žíhání a normalizace oceli je speciální typ tepelného zpracování, kdy se kovový výrobek zahřeje na danou teplotu a poté se za těchto podmínek po určitou dobu udržuje. Na konci se produkt pomalu ochladí – normalizuje.

Účelem postupu je mírně snížit tvrdost kovu pro usnadnění jeho obrábění. Kromě toho se zlepšuje mikrostruktura oceli, stává se homogennější, mizí vnitřní pnutí a v důsledku toho se zvyšuje mechanická pevnost.

Žíhání nebo normalizační žíhání?

Tyto dvě operace – žíhání a žíhání s následnou normalizací – se mylně ztotožňují, ale ve skutečnosti se jedná o dva různé postupy. Klíčovým rozdílem mezi nimi je přítomnost normalizačního stupně ve druhém případě. Tento dodatečný stupeň zaručuje hodnoty pevnosti a houževnatosti, které jsou v průměru o 10 % vyšší než u kovu, který prošel pouze tradičním žíháním. Vysvětlují to fyzikální zákony: pomalé ochlazování oceli na vzduchu podporuje rozklad austenitové fáze v nižším teplotním rozsahu a v důsledku toho nárůst perlitové složky. To výrazně zlepšuje výkonnostní charakteristiky produktu.

Normalizační žíhání (jak se nazývá kombinace dvou operací) je poněkud horší než kalení a klasické vysokoteplotní (prováděné při +550 °C) popouštění: mechanické vlastnosti kovu na výstupu jsou nižší. Technologický proces je však mnohem méně pracný a ve srovnání s postupem kalení způsobuje normalizace menší tepelnou deformaci kovu.

Typy žíhání

Na základě přítomnosti nebo nepřítomnosti fázové rekrystalizace kovu se tato operace dělí na žíhání prvního a druhého druhu. V prvním případě nedochází k fázové rekrystalizaci nebo se vyskytuje částečně, ale ocel stále získává požadované vlastnosti (klesá tvrdost, zvyšuje se viskozita) a kvalita jejího povrchu se zvyšuje: jsou odstraněny kapsy okují a stopy po válce válcovací stolice a jiné vady.

Žíhání druhého řádu způsobuje dramatické změny ve struktuře kovu: ohřev se provádí na teplotu o 20. 50 ℃ vyšší, než je bod, kdy začíná měknutí (rekrystalizace). Zároveň je důležité nepřehřívat kov, jinak se tyto změny stanou nevratnými, což negativně ovlivní kvalitu výrobku, který bude přetavován.

Žíhání se také dělí na úplné nebo neúplné. V prvním případě se ocel zahřeje nad mezní hodnoty, přísně se drží po stanovenou dobu a poté se přísně dodržuje schéma chlazení. To vám umožní získat kov s přesně specifikovanými vlastnostmi. V neúplné variantě není teplota ohřevu uvedena na horní kritickou hodnotu a požadavky na dobu výdrže a dobu chlazení nejsou tak přísné.

Speciální typy žíhání

Samostatně se rozlišuje izotermické žíhání, při kterém kovové výrobky:

• zahřátý do austenitického stavu;
• rychle se ochladí na +660…+680°C;
• udržována na této teplotě, dokud se austenit nepřemění na perlit;
• chlazené za normálních podmínek – bez komor nebo jiných instalací.

Izotermické žíhání je nejrychlejší a nejúčinnější způsob, jak dodat kovu požadované vlastnosti, ale není vhodné pro všechny slitiny. Tato technologie byla vyvinuta pro legované a nerezové slitiny s vysokými koncentracemi chrómu a žáruvzdorné oceli. Nejúčinnější je tímto způsobem zpracovávat drobné výrobky, přířezy pro výrobu různých nástrojů, výlisky.

Rekrystalizační žíhání umožňuje zbavit se následků předúpravy (mechanické nebo tepelné): odstranit kalení, odstranit další nežádoucí vady. Tímto způsobem se zpracovávají jak malé díly, tak dráty, plechy, trubky a válcované výrobky. Operace se skládá z:

• zahřívání kovu, dokud teplota nepřekročí mez rekrystalizace o 100. 200°C;
• expozice při stejné teplotě;
• pomalé postupné ochlazování.

Difúzní žíhání zahrnuje extrémní zahřívání kovu na úrovně výrazně překračující mezní body. Metoda je vhodná pro slitiny s komplexním legovacím složením, stejně jako nízkotavitelné sloučeniny ve složení. Technologie je velmi efektivní a umožňuje nám získat vysoce kvalitní kov. Vyžaduje však úplnou kontrolu nad procesem, protože přehřátá a spálená ocel může částečně nebo úplně ztratit všechny užitečné vlastnosti a nebude vhodná pro další operace.

Možnosti zpracování

Teplota ohřevu a další parametry procesu se volí v každém případě individuálně. Závisí na účelu žíhání a na složení zpracovávaného kovu. Zohledňuje se také hmotnost a tvar žíhaných výrobků. Všechny hlavní parametry jsou určeny výpočtovými metodami. Navíc jsou shrnuty ve specializovaných technologických příručkách. Například ocel 45 vyžaduje žíhání při teplotě +780…830℃, přesněji je tato hodnota určena rozměry obrobků.

Použité vybavení

Kov se zahřívá v:

• komorové pece (zdroj tepla může být otevřený nebo uzavřený);
• indukční pece;
• zařízení na plynový plamen.

Provoz může probíhat v přirozených podmínkách nebo v ochranném prostředí (přítomnost chemicky inertních plynů nebo vakua).

Izotermické žíhání je v technologii poněkud odlišné: lze jej provádět nejen v pecích, ale také v pracovních nádržích s roztavenými kovy, solemi nebo jinými pracovními médii.

Dodávka produktů do az pece nebo vany se provádí na speciálních vozících pohybujících se po kolejích. Na nich se provádí chlazení kovu. Díly jsou nakládány na vozíky a vyjímány z nich pomocí mostových jeřábů, manipulátorů, kladkostrojů a v případě malých objemů výroby ručně.

Možné vady způsobené žíháním

Technologie žíhání je prověřená desetiletími praxe a výskyt vad je možný především při porušení topného režimu nebo jiných provozních podmínek. Pokud je teplota v peci příliš vysoká (přehřátí), začnou se v ocelové konstrukci tvořit příliš velká zrna. A pokud se teploty blíží bodu tání (vyhoření), kyslík vstupuje do molekul kovu a spouští aktivní oxidační procesy. Pokud je přehřátí opraveno opakovaným tepelným zpracováním, pak přepálení vede k nevratným změnám ve struktuře kovu, což činí výrobek nevhodným pro další použití.

Žíhanému kovu škodí i příliš aktivní plamen: na jeho povrchu se objevuje vodní kámen – vrstva směsi oxidů železa. Není možné použít ocel s okujemi – při následném zpracování nastanou nevyhnutelné problémy a odstranění této vrstvy tryskáním nebo leptáním vede ke zvýšené náročnosti na zdroje: ke zvýšené spotřebě úsilí, času a materiálů.

Škodlivá je také dekarbonizace – výsledek vystavení žíhaného kovu kyslíku. Při tomto procesu se na povrchové vrstvě tvoří mikrotrhliny a dochází ke komplexní deformaci povrchu.