Normalizace oceli – Účel povrchového kalení
Normalizace je druh tepelného zpracování oceli, které spočívá v jejím zahřátí nad horní kritický bod, udržování na této teplotě a následném ochlazení na klidném vzduchu. Účelem normalizace je dodat kovu homogenní jemnozrnnou strukturu (které nebylo dosaženo v předchozích procesech – odlévání, kování ani válcování) a v důsledku toho zvýšit jeho mechanické vlastnosti (plasticita a rázová houževnatost).
Při normalizaci nízkouhlíkové a středněuhlíkové oceli dochází k rozkladu austenit (jedna ze strukturních složek slitin železa a uhlíku, pevný roztok uhlíku (až 2 %) a legujících prvků v železe) za vzniku směsi ferit (strukturní složka železných slitin, což je pevný roztok uhlíku a legujících prvků v a-železu) perlit (je eutektoidní směs dvou fází – feritu a cementitu (karbid železa Fe3C, fáze a strukturní složka slitin železa a uhlíku)) nebo sorbitol.
Jednodušeji řečeno, vypadá to takto: eutektoidní směs feritu s cementitem vyrůstá z jednotlivých center ve formě kolonií. Nejdůležitější charakteristikou eutektoidu je disperze feritu a cementitu v jeho koloniích. Mírou této disperze je mezilamelární vzdálenost D.0 (Obr. 2).
Mezilamelární vzdálenost je průměrná celková tloušťka sousedních feritových a cementitových desek.
Obr. 2. Schéma feriticko-cementitové struktury.
V závislosti na disperzi destiček v eutektoidu se nazývá perlit, sorbit nebo troostit. Perlit vzniká při nízkých stupních podchlazení (ochlazování v peci rychlostí několika stupňů za minutu) a jeho strukturu lze odhalit při nízkých a středních zvětšeních mikroskopu. Sorbitol vzniká při poněkud vyšších stupních podchlazení (ochlazování na vzduchu rychlostí několika desítek stupňů za minutu). Proto je více dispergovaný a mikrostruktura sorbitolu se odhalí pouze při vysokých zvětšeních mikroskopu.
Troostit se tvoří i při vysokých stupních podchlazení a jeho vnitřní struktura je obtížné detekovat i při velmi vysokém zvětšení světelného mikroskopu. Se zvyšující se disperzí eutektoidní směsi se zvyšuje tvrdost, pevnost v tahu a mez kluzu.
Protože rozdělení eutektoidu na perlit, sorbit a troostit je libovolné a neexistuje mezi nimi jasná hranice, rozlišují se tvrdostí. Například u oceli U8 je tvrdost perlitu 170-230 HB, sorbitu 230-330 HB, troostitu 330-400 HB.
Normalizační režim je určen teplotou ohřevu (austenitizace) (obr. 3), dobou výdrže při této teplotě a rychlostí ochlazování. Teplota ohřevu během normalizace je o 30–50 °C nad horním kritickým bodem (nad čarou GSE). Doba výdrže by měla být minimální, aby byl zajištěn rovnoměrný ohřev v celém průřezu výrobku. Rychlost ochlazování na klidném vzduchu je obvykle 150–250 °C/h; při normalizaci masivních výrobků by však měla být rychlost ochlazování regulována v závislosti na jejich rozměrech a složení oceli v souladu s kinetikou austenitových přeměn. Zvýšení rychlosti ohřevu, minimální možné teploty a doba výdrže zajišťují produkci jemnějších austenitových zrn a dispergovanější směsi perlitu nebo sorbitu s feritem.
Po normalizaci by ocel měla mít větší pevnost než po žíhání. Normalizace se často používá jako mezioperace ke změkčení oceli před řezáním, k odstranění strukturálních vad a obecně ke zlepšení struktury před kalením. Účel normalizace jako meziošetření je tedy podobný účelu žíhání. Vzhledem k tomu, že normalizace je mnohem výhodnější než žíhání (chlazení ne pecí, ale na vzduchu), měla by být vždy upřednostňována před žíháním, pokud oba tyto typy ošetření dávají stejné výsledky. Normalizace však nemůže vždy nahradit žíhání jako operaci pro změkčení oceli.
Normalizace se široce používá místo změkčovacího žíhání u nízkouhlíkových ocelí, u kterých je austenit mírně podchlazen. Nemůže však nahradit změkčovací žíhání u vysokouhlíkových ocelí, které se při ochlazování na vzduchu výrazně zpevní v důsledku značného podchlazení austenitu.
V hypereutektoidní oceli normalizace eliminuje hrubou síť sekundárního cementitu. Při zahřátí nad bod ACm (linie SE) sekundární cementit se rozpouští a během následného zrychleného ochlazování na vzduchu nemá čas vytvořit hrubou síť, která snižuje vlastnosti oceli.
Obr. 3. Teplotní rozsah tepelného zpracování (I – plné žíhání, II – normalizace).
