Objašnjenje normalizacije – definicija, proces i prednosti

Proizvodna industrija koristi procese toplinske obrade za poboljšanje mehaničkih svojstava materijala. Ovisno o željenim svojstvima, možemo birati između postupaka kao što su žarenje, normalizacija, kaljenje itd.

U ovom članku ćemo pogledati proces normalizacije. Počnimo s razumijevanjem što je to.

Što je normalizacija?

Normalizacija je proces toplinske obrade u kojem zagrijavamo metal na unaprijed određenu temperaturu, držimo ga tamo određeno vrijeme, a zatim ga ponovno ohladimo na sobnu temperaturu u zraku (ili plinu).

Proces uzrokuje rekristalizaciju mikrostrukture materijala. Nova mikrostruktura pruža mnoštvo prednosti kao što su povećana duktilnost, povećana žilavost i smanjena tvrdoća.

U primjenama gdje su ta svojstva potrebna, normaliziranje je relativno brz i pristupačan način za njihovo postizanje.

Kada se koristi normalizacija?

Normalizacija dolazi od riječi normalizacija što znači vratiti se u normalu. Normalizacija se stoga obično provodi nakon što procesi proizvodnje metala uzrokuju promjenu svojstava materijala.

Na primjer, procesi izrade kao što su štancanje, kovanje, vruće valjanje, zavarivanje i lijevanje mogu dovesti do toga da materijal razvije značajna toplinska i mehanička naprezanja. Metal također može postati pretjerano tvrd.

Normaliziranje omogućuje strukturi zrna da se preusmjeri na mnogo aerodinamičniji način koji vraća metal bliže njegovim izvornim svojstvima.

Ako se materijal mora podvrgnuti daljnjoj obradi, normalizacija može poboljšati njegovu obradivost. Ali normalizacija također može biti konačni postupak vraćanja određenih svojstava metalnim legurama prije nego što se stave u upotrebu.

Normaliziranje se također koristi kada postoje proračunska ograničenja. Budući da normalizacija uključuje hlađenje materijala na zraku, proces zahtijeva manje vremena u peći, što ga čini jeftinijim od procesa žarenja i temperiranja. Peć možemo isključiti nakon što podignemo temperaturu i namačemo materijal potrebno vrijeme.

Također, za inženjerske čelike kao što su niskolegirani i meki čelici, poboljšanje svojstava je identično za žarenje i normalizaciju. Razborito je koristiti normalizaciju u takvim slučajevima zbog nižih troškova.

Razlika je veća kada se uspoređuju učinci žarenja i normalizacije na srednje ugljičnim čelicima (0,3 do 0,5%C). Ali čak i za te čelike, kaljenje + kaljenje možemo zamijeniti žarenjem radi isplativosti.

U većini slučajeva dovoljna je normalizacija ako komponente neće biti pod velikim opterećenjem.

Proces normalizacije

Proces normalizacije ima tri faze:

1) Faza oporavka

U fazi oporavka povećavamo temperaturu materijala do točke gdje se postojeća nejednolika zrnasta struktura pročišćava. Upravo u ovoj fazi dolazi do popuštanja stresa zbog zagrijavanja.

Metal se dalje zagrijava iznad temperature otvrdnjavanja gdje ulazi u sljedeću fazu.

2) Stadij rekristalizacije

Ova faza počinje kada temperatura metala prijeđe temperaturu rekristalizacije. Temperatura je oko 30-50 stupnjeva Celzijusa iznad gornje kritične temperature (Ac3 ili Acm).

Ovo je više od temperatura žarenja i kaljenja. Raspon je između 780 – 950 stupnjeva Celzijusa, ovisno o sadržaju ugljika u čeliku.

U ovoj fazi dolazi do promjena u kristalnoj strukturi metala. Nepoželjne strukture poput bainita i karbida rasipaju se iz materijala. Nastaju nove austenitne strukture. Austenitna zrna manja su od prethodnih feritnih zrna.

Metal se neko vrijeme drži na ovoj temperaturi. Ovaj dio procesa poznat je i kao namakanje.

3) Faza rasta zrna

Ova faza se događa kada se materijal ohladi od temperature rekristalizacije na sobnu temperaturu na zraku. Novoformirana zrna u ovoj fazi potpuno sazriju. Na konačna mehanička svojstva utječe način hlađenja.

Što je brže hlađenje, to će konačni proizvod biti tvrđi. Brzina hlađenja u normalizaciji je brža od žarenja zbog toga što se materijal hladi zrakom. Zbog toga normalizirani čelik ima veću tvrdoću od svog žarenog čelika. Analiza dimenzija čelika također utječe na konačnu tvrdoću. Za većinu čelika konačna tvrdoća nakon normalizacije je između 100 HB i 250 HB.

Prednosti normalizacije

Normalizacija daje sljedeće prednosti:

1. Povećana duktilnost

2. Smanjena tvrdoća u većini slučajeva. Ali također možemo koristiti normalizaciju za povećanje konačne tvrdoće ovisno o izvornoj tvrdoći materijala.

3. Ublažava unutarnje naprezanje

4. Pristupačniji od drugih procesa

5. Zahtijeva manje vremena

6. Bolja obrada površine od žarenih dijelova

7. Zaštita od korozije