Normalizzazione dell'acciaio

Poiché il materiale utilizzato per qualsiasi progetto ha le proprietà meccaniche corrette per un'applicazione specifica, i processi di trattamento termico vengono spesso utilizzati per alterare le proprietà meccaniche dei metalli, essendo uno dei processi di trattamento termico più comuni la normalizzazione. Come processo di trattamento termico ferritico, la normalizzazione può rendere gli acciai legati a base di ferro più duttili e duttili. Ciò si ottiene dopo che la parte ha subito un processo di indurimento termico. Una fiamma normalizzante riscalda l'acciaio ad alta temperatura, quindi si raffredda lentamente a temperatura ambiente. Il riscaldamento e il lento raffreddamento modificano la microstruttura dell'acciaio, riducendone la durezza e aumentandone la duttilità.

La normalizzazione si verifica quando un altro processo riduce la duttilità e aumenta la durezza di una parte meccanica in acciaio. Poiché la normalizzazione trasforma la microstruttura in una struttura più duttile, il metallo è più facile da formare, più facile da lavorare e riduce le sollecitazioni residue all'interno del materiale che possono portare a guasti imprevisti.

Qual è la differenza tra ricottura e normalizzazione?

La normalizzazione è molto simile alla ricottura in quanto entrambi comportano il riscaldamento di un metallo fino o al di sopra della sua temperatura di ricristallizzazione e il loro raffreddamento lento per produrre una microstruttura relativamente duttile. La differenza fondamentale tra ricottura e normalizzazione è che la ricottura consente al materiale di raffreddarsi a una velocità controllata in un forno. La normalizzazione può essere raffreddata posizionando il materiale in un ambiente a temperatura ambiente ed esponendolo all'aria in quell'ambiente.

Questa differenza significa che la normalizzazione ha una velocità di raffreddamento più veloce rispetto alla ricottura. Velocità di raffreddamento più elevate si traducono in valori di durezza leggermente meno duttili e leggermente superiori rispetto a quando il materiale fosse stato ricotto. La normalizzazione è anche generalmente meno costosa della ricottura perché non richiede tempo aggiuntivo nel forno durante il raffreddamento.

Processo di normalizzazione

Il processo di standardizzazione è suddiviso in tre fasi principali.

Fase di recupero

fase di ricristallizzazione

Fase di crescita del grano

fase di recupero

Durante la fase di recupero, viene utilizzato un forno o altro tipo di dispositivo di riscaldamento per portare il materiale ad una temperatura alla quale le sue sollecitazioni interne vengono alleggerite.

Fase di ricristallizzazione

Durante la fase di ricristallizzazione, il materiale viene riscaldato al di sopra della sua temperatura di ricristallizzazione, ma al di sotto della sua temperatura di fusione. Ciò si traduce nella formazione di nuovi grani senza stress preesistenti.

Fase di crescita del grano

Durante il processo di crescita del grano, i nuovi grani sono completamente sviluppati. Questa crescita è controllata consentendo al materiale di raffreddarsi a temperatura ambiente per contatto con l'aria. Il risultato del completamento di queste tre fasi è un materiale con maggiore duttilità e durezza ridotta. Operazioni successive che possono alterare ulteriormente le proprietà meccaniche vengono talvolta eseguite dopo il processo di normalizzazione.

Dettagli del processo

Durante la normalizzazione, il materiale viene riscaldato a una temperatura approssimativamente uguale alla temperatura di indurimento (800-920 gradi ). A questa temperatura si formano nuovi grani di austenite. I grani di austenite sono molto più piccoli dei precedenti grani di ferrite. Dopo il riscaldamento e un breve ammollo, i componenti sono liberi di raffreddare in aria (gas). Durante il processo di raffreddamento si formano nuovi grani di ferrite e la granulometria viene ulteriormente affinata. In alcuni casi, sia il riscaldamento che il raffreddamento vengono eseguiti sotto gas protettivo per evitare l'ossidazione e la decarburazione.

Quali metalli possono essere normalizzati?

È possibile normalizzare molti tipi di leghe, tra cui: leghe a base di ferro (acciaio per utensili, acciaio al carbonio, acciaio inossidabile e ghisa), leghe a base di nichel, rame, ottone e alluminio. Inoltre, la normalizzazione viene utilizzata principalmente per normalizzare la struttura dell'acciaio al carbonio e dell'acciaio bassolegato dopo la forgiatura, la laminazione a caldo o la colata. La durezza ottenuta dopo la normalizzazione dipende dall'analisi dimensionale dell'acciaio e dalla velocità di raffreddamento utilizzata (circa 100-250 HB).

Beneficio

Dopo la forgiatura, la laminazione a caldo o la colata, la microstruttura dell'acciaio è spesso eterogenea, costituita da grani grossi e componenti strutturali indesiderati come bainite e carburi. Questa microstruttura influisce negativamente sulle proprietà meccaniche dell'acciaio e sulla lavorabilità. Normalizzando, l'acciaio può ottenere una struttura uniforme a grana più fine con proprietà prevedibili e lavorabilità.

Applicazioni comuni della normalizzazione

La normalizzazione viene utilizzata per molti materiali diversi in molti settori diversi. Ad esempio, gli stampaggi in acciaio inossidabile ferritico nell'industria automobilistica possono essere standardizzati dopo l'incrudimento durante il processo di formatura. Le leghe a base di nichel nell'industria nucleare possono essere standardizzate in seguito ai cambiamenti microstrutturali termici che si verificano dopo la saldatura. L'acciaio al carbonio può essere normalizzato dopo la laminazione a freddo per ridurre la fragilità causata dall'incrudimento.