Normaliseren van staal

Omdat het materiaal dat voor elk project wordt gebruikt de juiste mechanische eigenschappen heeft voor een specifieke toepassing, worden warmtebehandelingsprocessen vaak gebruikt om de mechanische eigenschappen van metalen te veranderen, een van de meest voorkomende warmtebehandelingsprocessen is normalisatie. Als een ferritisch warmtebehandelingsproces kan normalisatie op ijzer gebaseerde gelegeerde staalsoorten ductiel en ductieler maken. Dit wordt bereikt nadat het onderdeel een thermisch uithardingsproces heeft ondergaan. Een normaliserende vlam verwarmt het staal tot hoge temperatuur en koelt vervolgens langzaam af tot kamertemperatuur. Verwarming en langzame afkoeling veranderen de microstructuur van het staal, waardoor de hardheid afneemt en de taaiheid toeneemt.

Normalisatie vindt plaats wanneer een ander proces de ductiliteit vermindert en de hardheid van een mechanisch stalen onderdeel verhoogt. Omdat normalisatie de microstructuur transformeert in een meer taaie structuur, is het metaal gemakkelijker te vormen, gemakkelijker te bewerken en vermindert het de resterende spanningen in het materiaal die tot onverwacht falen kunnen leiden.

Wat is het verschil tussen gloeien en normaliseren?

Normaliseren lijkt erg op gloeien, in die zin dat beide betrekking hebben op het verwarmen van een metaal tot of boven de herkristallisatietemperatuur en het langzaam laten afkoelen om een ​​relatief ductiele microstructuur te produceren. Het belangrijkste verschil tussen gloeien en normaliseren is dat gloeien het materiaal in een oven met een gecontroleerde snelheid laat afkoelen. Normaliseren kan worden gekoeld door het materiaal in een omgeving op kamertemperatuur te plaatsen en het in die omgeving aan lucht bloot te stellen.

Dit verschil betekent dat normaliseren een snellere afkoelsnelheid heeft dan uitgloeien. Snellere afkoelsnelheden resulteren in iets minder ductiel en iets hogere hardheidswaarden dan wanneer het materiaal was gegloeid. Normaliseren is over het algemeen ook minder duur dan gloeien omdat het geen extra oventijd vereist tijdens het afkoelen.

Normalisatieproces

Het normalisatieproces is onderverdeeld in drie hoofdfasen.

Herstelfase:

herkristallisatiefase:

Graan groeistadium

herstelfase

Tijdens de herstelfase wordt een oven of ander type verwarmingsapparaat gebruikt om het materiaal op een temperatuur te brengen waarbij de interne spanningen worden verlicht.

Herkristallisatiefase

Tijdens de herkristallisatiefase wordt het materiaal verwarmd tot boven de herkristallisatietemperatuur, maar onder de smelttemperatuur. Dit resulteert in de vorming van nieuwe korrels zonder vooraf bestaande stress.

Graangroeifase

Tijdens het graangroeiproces worden nieuwe granen volledig ontwikkeld. Deze groei wordt gecontroleerd door het materiaal te laten afkoelen tot kamertemperatuur door contact met lucht. Het resultaat van het voltooien van deze drie fasen is een materiaal met een hogere taaiheid en verminderde hardheid. Latere bewerkingen die de mechanische eigenschappen verder kunnen veranderen, worden soms uitgevoerd na het normalisatieproces.

Procesdetails

Tijdens het normaliseren wordt het materiaal verwarmd tot een temperatuur die ongeveer gelijk is aan de uithardingstemperatuur (800-920 graad). Bij deze temperatuur worden nieuwe austenietkorrels gevormd. De austenietkorrels zijn veel kleiner dan de vorige ferrietkorrels. Na verwarming en een korte inweek zijn de componenten vrij om af te koelen in lucht (gas). Tijdens het koelproces worden nieuwe ferrietkorrels gevormd en wordt de korrelgrootte verder verfijnd. In sommige gevallen worden zowel verwarming als koeling uitgevoerd onder beschermend gas om oxidatie en ontkoling te voorkomen.

Welke metalen kunnen worden genormaliseerd?

Veel soorten legeringen kunnen worden genormaliseerd, waaronder: legeringen op ijzerbasis (gereedschapsstaal, koolstofstaal, roestvrij staal en gietijzer), legeringen op nikkelbasis, koper, messing en aluminium. Bovendien wordt normaliseren voornamelijk gebruikt voor het normaliseren van de structuur van koolstofstaal en laaggelegeerd staal na smeden, warmwalsen of gieten. De na normalisatie verkregen hardheid hangt af van de staalmaatanalyse en de gebruikte afkoelsnelheid (ongeveer 100-250 HB).

Ten goede komen

Na smeden, warmwalsen of gieten is de microstructuur van staal vaak heterogeen, bestaande uit grote korrels en ongewenste structurele componenten zoals bainiet en carbiden. Deze microstructuur heeft een negatieve invloed op de mechanische eigenschappen van het staal en de bewerkbaarheid. Door te normaliseren kan staal een fijnkorrelige, uniforme structuur krijgen met voorspelbare eigenschappen en bewerkbaarheid.

Veelvoorkomende toepassingen van normalisatie

Normaliseren wordt gebruikt voor veel verschillende materialen in veel verschillende industrieën. Zo kunnen ferritische roestvrijstalen stempels in de auto-industrie worden gestandaardiseerd na harden tijdens het vormproces. Op nikkel gebaseerde legeringen in de nucleaire industrie kunnen worden gestandaardiseerd na thermische microstructurele veranderingen die optreden na het lassen. Koolstofstaal kan worden genormaliseerd na koudwalsen om broosheid veroorzaakt door werkverharding te verminderen.