Нормализация

Если честно, лет десять назад я сам думал, что нормализация — это просто 'погреть и остудить', пока не столкнулся с партией отливок для портальных кранов, которые пошли трещинами на участках резких переходов толщин. Тогда и пришлось разбираться, что нормализация — это не про 'примерно 900 градусов', а про строгий контроль скорости нагрева в печи и особенно — скорости охлаждения на воздухе. Многие до сих пор путают её с отжигом, хотя разница принципиальная — особенно для крупногабаритных отливок, где неравномерность структуры убивает механические свойства.

Почему нормализацию нельзя заменять отжигом в ответственных отливках

Вот смотрите: мы делали корпус подшипника для металлургического стана — деталь весом под 800 кг из 35ГЛ. Заказчик требовал твёрдость 180-220 HB, но цех сэкономил время — провели отжиг вместо нормализации. Вроде бы твёрдость вышла в допуск, но при механической обработке резец шёл 'рывками'. Вскрыли структуру — видим неполную перекристаллизацию, остатки литой неоднородности. Деталь пошла в брак, хотя по паспорту всё было 'в норме'.

Кстати, у нормализации есть тонкость с аустенизацией — для низкоуглеродистых сталей типа 25Л мы держим 920-940°C, а для высоколегированных вроде 20Х13 — уже 980-1020°C. Но если передержать 35ГЛ выше 950°C — начинается рост зерна, который потом не исправить. Как-то раз печь вышла из строя, термопара показывала 890°C, а по факту было под 1000°C — вся партия креплений для нефтехимической арматуры пошла с крупнозернистой структурой.

Особенно критично это для деталей типа ковшей лесозаготовительной техники — там ударные нагрузки. После той истории мы на ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье вообще разделили режимы для разных групп сталей: для углеродистых — свой график, для легированных — свой, с поправкой на толщину стенки отливки. Кстати, их сайт https://www.xszgsteel.ru сейчас как раз показывает примеры таких крупногабаритных отливок — видно, что геометрия сложная, без нормализации там просто не обойтись.

Как скорость охлаждения влияет на свойства жаропрочных сталей

С жаропрочкой типа 20Х23Н18 вообще отдельная история. Казалось бы — охлаждай на спокойном воздухе, но нет. Если деталь для печного оборудования остывает слишком медленно (скажем, в углу цеха без обдува), идёт выделение карбидов по границам зёрен. Потом при работе в печи при 1100°C эти границы становятся очагами трещин.

Мы как-то делали трубы для пиролиза — материал 20Х23Н18, стенка 40 мм. После нормализации часть партии лежала под вентиляцией, часть — просто на стеллаже. При контрольных испытаниях на ползучесть разница в ресурсе достигла 30%! Теперь всегда прописываем в ТУ не только температуру, но и условия остывания — минимальное расстояние между отливками, запрет на сквозняки из ворот цеха зимой.

Кстати, для нержавеек типа 12Х18Н10Т есть нюанс — после нормализации иногда требуется стабилизирующий отпуск, особенно если деталь будет работать в агрессивных средах. Как в судовых насосах — там и эрозия, и кавитация. Без стабилизации может начаться межкристаллитная коррозия, хотя по химии всё чисто.

Провалы при нормализации высокохромистых чугунов

С высокохромистыми чугунами марки ИЧХ28М2 у нас был болезненный опыт. Литейщики сделали всё правильно, но при нормализации решили 'подстраховаться' — увеличили выдержку с 2 до 4 часов. Получили обезуглероживание поверхностного слоя — на рабочих кромках шнеков для дорожно-строительной техники появились выкрашивания через 200 моточасов.

Тут важно понимать, что для чугунов нормализация — это не только преобразование аустенита, но и поведение карбидов хрома. При перегреве они начинают растворяться неравномерно, плюс идёт окисление по границам зёрен. Сейчас мы такие отливки обрабатываем в печах с защитной атмосферой, хотя это и удорожает процесс.

Кстати, на сайте ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье в описании продукции видно, что они как раз работают с высокохромистыми чугунами — значит, там наверняка сталкивались с подобными проблемами. В металлургическом оборудовании, например, валки из таких материалов без правильной нормализации просто не выдерживают циклических нагрузок.

Оборудование для нормализации — где чаще всего ошибаются

Многие думают, что камерная печь — она и в Африке печь. А на деле разница между старой СНЗ и современной печью с принудительной циркуляцией — это ±15°C по объёму против ±5°C. Для толстостенных отливок типа корпусов судовых насосов это критично — при перепаде температур в печи больше 20°C получаем разные структуры в массивных и тонких сечениях.

У нас был случай с стойкой для портового крана — отливка 2,3 тонны, стенки от 30 до 120 мм. В старой печи массивные участки не прогревались до полной аустенизации, хотя термопары показывали норму. При механических испытаниях эти участки пошли с низкой ударной вязкостью. Пришлось переделывать всю партию с увеличением времени выдержки на 40%.

Сейчас для таких ответственных деталей, как элементы нефтехимической аппаратуры, мы вообще используем печи с компьютерным профилированием температуры — там можно задавать разные скорости нагрева для разных диапазонов. Дорого, но дешевле, чем брак в работе под давлением.

Почему контроль после нормализации важнее самой термообработки

Самая частая ошибка — ограничиваться замером твёрдости. Мы всегда делаем вырезку технологических припусков на образцы — смотрят и структуру, и строчечность, и неметаллические включения. Как-то раз для детали лесозаготовительной машины по твёрдости всё было идеально, а на макрошлифе увидели полосчатость — оказалось, в шихте попался переплав с дефектом.

Ещё момент — для легированных сталей после нормализации часто идёт отпуск. И вот здесь многие недоотпускают — боятся снизить твёрдость. А на деле именно отпуск снимает напряжения и стабилизирует структуру. Для 40ХН2МА, например, оптимально 580-600°C после нормализации — прочность немного падает, но зато ударная вязкость растёт в полтора раза.

Если брать практику ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье — судя по ассортименту, они делают много компонентов для тяжёлых условий работы. Уверен, там нормализацию сопровождают полным комплексом испытаний — иначе в портовом хозяйстве или металлургии долго не проработаешь.

Когда нормализация бессильна — пределы метода

Бывают случаи, когда одна нормализация не решает проблему литой структуры. Например, для массивных отливок из 35ХМЛ мы комбинируем нормализацию с последующей закалкой и отпуском — иначе не добиться нужной прокаливаемости по сечению. Хотя если деталь не слишком нагруженная, можно обойтись двойной нормализацией — но это уже для бюджетных вариантов.

Сложнее всего с крупными отливками сложной конфигурации — там неизбежны остаточные напряжения. Иногда после нормализации видим коробление — особенно в рамах дорожно-строительной техники. Тут помогает только правка в горячем состоянии сразу после обработки, но это уже искусство, а не технология.

В общем, нормализация — это не панацея, а инструмент. Как молоток: можно и гвоздь забить, и палец отбить. Главное — понимать, когда её применять, а когда сразу переходить к более сложным схемам термообработки. Опыт ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье в производстве металлокомпонентов для разных отраслей как раз подтверждает — универсальных решений нет, каждый случай нужно разбирать отдельно.