Нормализация (термообработка)

При нормализации доэвтектоидные стали нагреваются до температуры на 50 °C выше критической точки завершения превращения избыточного феррита в аустенит A_C3, а заэвтектоидные стали — до температуры на 50 °C выше точки завершения превращения избыточного цементита в аустенит A_cm. Нагрев ведётся до полной перекристаллизации. После непродолжительной выдержки производится охлаждение на воздухе^[4].

Нормализация (нормализационный отжиг) характеризуется ускоренным охлаждением (по сравнению с отжигом), что обусловливает несколько большее переохлаждение аустенита. В результате устраняется крупнозернистая структура, полученная при литье, прокатке, ковке или штамповке, а сталь приобретает мелкозернистую, однородную структуру. Кроме того, частично подавляется выделение избыточной фазы (феррита или вторичного цементита)^[4].

При этом получается более тонкое строение эвтектоида (тонкий перлит или сорбит) и более мелкое эвтектоидное зерно. Структура низкоуглеродистой стали после нормализации — феррито-перлитная, такая же, как и после отжига. Мелкую феррито-цементитную смесь (перлит), получаемую в результате нормализации, называют сорбитом, и структура у средне- и высокоуглеродистой стали — сорбитная. При этом сорбит имеет более высокую твёрдость, чем перлит^[5][6].

Нередко нормализацию используют для общего измельчения структуры перед закалкой. Если в стали перед закалкой имеются грубые выделения избыточного феррита, то при нагреве под закалку аустенит не успевает как следует гомогенизироваться. В таком случае участки аустенита с этими грубыми включениями феррита будут содержать мало углерода и после закалки не приобретут необходимую твёрдость. А после предварительной нормализации происходит измельчение выделений избыточного феррита, повышается дисперсность перлита, что способствует быстрому образованию гомогенного аустенита при нагреве под закалку^[5][6].

Нормализация широко применяется для улучшения свойств отливок вместо закалки и отпуска. В некоторых случаях нормализация может заменить для низкоуглеродистой стали отжиг, а для высокоуглеродистой — улучшение (закалку с высоким отпуском). Часто нормализацию используют как промежуточную операцию для смягчения стали перед обработкой резанием, для устранения дефектов структуры при подготовки стали к закалке^[5].

Для отливок из среднеуглеродистой стали нормализация (или нормализация с высоким отпуском) применяется вместо закалки и высокого отпуска. Хотя механические свойства в этом случае несколько снижаются, изделия подвергаются меньшей деформации по сравнению с закалкой, поэтому вероятность появления трещин практически исключается.

Если нормализация доэвтектоидных сталей заключается в некотором повышении твёрдости за счёт получения более мелкозернистой и дисперсной структуры по сравнению с отжигом, то для высокоуглеродистых (заэвтектоидных) сталей нормализация используется для устранения охрупчивающей цементитной сетки, которая может возникать при медленном охлаждении. При охлаждении на воздухе средне- и высоколегированных сталей после их нормализации может образоваться мартенсит, то есть происходит воздушная закалка^[5][6].

Для оптимизации структуры легированных сталей часто применяется нормализация с последующим высоким отпуском (600—650 °С)^[4].

Нормализация обеспечивает большую производительность и лучшее качество поверхности при обработке резанием. Кроме того, повышается (по сравнению с отжигом) сопротивление стали хрупкому разрушению, со снижением порога хладноломкости. Твёрдость и прочность стали после нормализации выше на 10—15 %, чем после отжига. Поэтому её всегда (при прочих равных условиях) следует предпочесть отжигу^[4].

Так, строчечность в стали легче устранить нормализацией, поскольку при большем переохлаждении аустенита феррит выделяется не только на вытянутых шлаковых и сульфидных включениях, но и во всем объёме аустенитного зерна. Но нормализация не всегда может заменить отжиг как операцию смягчения стали, поскольку склонность аустенита к переохлаждению растёт с увеличением содержания в нём углерода и легирующих элементов. Поэтому разница в свойствах стали после отжига и после нормализации зависит от состава стали. Например, твёрдость сталей, содержащих 0,2; 0,45 и 0,8 % С, после отжига равна соответственно 120, 160 и 180 НВ, а после нормализации она составляет 130, 190 и 240 НВ^[5].