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¿Qué es la normalización?
Mar 22, 2017


El proceso de normalización para aceros se define como el calentamiento del acero a la fase de austenita y su enfriamiento en el aire. Se lleva a cabo calentando el acero aproximadamente 50 grados C por encima de la temperatura crítica superior (AC para los aceros hipoaceptócicos o Acm en el caso de los aceros hipereutectoides, Fig. 1) seguido de enfriamiento en aire a temperatura ambiente o no mayor de 1 bar Presión usando nitrógeno si el proceso se está ejecutando en un horno de vacío. Las temperaturas de normalización normalmente varían de 810 ° C a 930 ° C. Después de alcanzar la temperatura de remojo, el acero se mantiene a esa temperatura para remojo. El tiempo de remojo depende del espesor de la pieza de trabajo y de la composición de acero. Se requieren temperaturas más altas y tiempos de remojo más largos para aceros aleados y secciones transversales más grandes.

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Fig. 1 Rango de temperatura de normalización típico para aceros

En la normalización, el acero se calienta uniformemente a una temperatura que causa la transformación completa a la austenita. El acero se mantiene a esta temperatura durante un tiempo suficiente para la formación de estructura homogénea en toda su masa. A continuación se deja enfriar en aire estancado de una manera uniforme. La refrigeración por aire se traduce en una velocidad de enfriamiento más rápida cuando se compara con la velocidad de enfriamiento del horno. Por lo tanto, el tiempo de enfriamiento en la normalización se reduce drásticamente en comparación con el recocido.

Los periodos de remojo para normalizar son usualmente una hora por 25 mm de espesor de la pieza de trabajo pero no menos de 2 horas a la temperatura de remojo. La masa de la pieza de trabajo puede tener una influencia significativa sobre la velocidad de enfriamiento y por lo tanto sobre la microestructura resultante. Las piezas de trabajo delgadas se enfrían más rápido y por lo tanto son más difíciles después de normalizar que las piezas de trabajo más gruesas. Esto es diferente que en el caso del recocido donde la dureza de las piezas de trabajo delgadas y gruesas es la misma después del enfriamiento del horno.

Los aceros con bajo contenido de carbono normalmente no necesitan normalizarse. Sin embargo, no hay efectos nocivos, si estos aceros son normalizados. En el caso de las piezas fundidas que tienen espesores de pared uniformes y tamaños de sección se recoplan normalmente en lugar de normalizarse. Otros tipos de piezas fundidas especialmente con formas complejas o secciones delgadas y gruesas interconectadas, que son propensas a altos niveles de tensiones residuales, se benefician de la normalización. La microestructura obtenida por normalización depende de la composición de las piezas fundidas y de la velocidad de enfriamiento.

La normalización del acero se considera a menudo tanto desde un punto de vista térmico como microestructural. Desde el punto de vista térmico, el proceso de normalización consiste en la austenitización seguida de un enfriamiento relativamente lento. En el caso del punto de vista microestructural, las áreas de microestructura que contienen alrededor del 0,80% de carbono son perlitas, mientras que las áreas de bajo contenido de carbono son ferríticas.

La normalización se realiza normalmente para lograr cualquiera de los siguientes propósitos.

  • Modificar y / o refinar la estructura de grano y eliminar estructuras de grano grueso obtenidas en operaciones de trabajo anteriores tales como laminado y forjado, etc.

  • Modificar y mejorar las estructuras dendríticas fundidas y reducir la segregación por homogeneización de la microestructura.

  • Producir una microestructura homogénea y obtener la microestructura y propiedades mecánicas deseadas.

  • Para mejorar la maquinabilidad de aceros de bajo carbono

  • Para mejorar la estabilidad dimensional

  • Para reducir las bandas

  • Para mejorar la ductilidad y la tenacidad

  • Proporcionar una respuesta más consistente al endurecer o endurecer la caja.

  • Para eliminar la estructura macro creada por formación irregular o por soldadura.

La perlita de grano fino es más dura que las de grano grueso. La normalización imparte tanto dureza como resistencia a piezas de trabajo de hierro y acero. Además, la normalización ayuda a reducir las tensiones internas inducidas por operaciones tales como forja, fundición, mecanizado, conformado o soldadura. La normalización también mejora la homogeneidad microestructural y la respuesta al tratamiento térmico (por ejemplo, recocido o endurecimiento) y mejora la estabilidad impartiendo una "memoria térmica" para procesos posteriores a temperaturas más bajas. Las piezas de trabajo que requieren máxima tenacidad y aquellas sometidas a impacto suelen normalizarse. Cuando se normalizan secciones transversales grandes, también se templan para reducir aún más el estrés y para controlar las propiedades mecánicas más de cerca.

La normalización elimina las tensiones internas, las deformaciones y mejora las propiedades mecánicas del acero, como mejorar su tenacidad y maquinabilidad. También se puede obtener una mejor ductilidad sin comprometer la dureza y la resistencia.

Comparación con el recocido

El proceso de normalización del acero difiere del proceso de recocido del acero con respecto a la temperatura de calentamiento y la velocidad de enfriamiento. En caso de normalización, el acero se calienta a una temperatura más alta y después se retira del horno para enfriar el aire. En comparación con el recocido, las temperaturas de calentamiento son menores y el enfriamiento tiene lugar en el horno a una velocidad mucho menor. Debido a la velocidad de enfriamiento más rápida en caso de normalización, el acero posee mayor resistencia y dureza en comparación con el acero que ha sido sometido a tratamiento de recocido

Tanto el recocido como la normalización no presentan diferencias significativas en la ductilidad de los aceros de bajo carbono. La resistencia a la tracción y el límite de elasticidad de los aceros normalizados son mayores que los aceros recocidos excepto en el caso de los aceros con bajo contenido de carbono.

Como en el caso del recocido, la normalización también da lugar a la formación de ferrita, cementita y perlita lamelar. Pero en la normalización, dado que las velocidades de enfriamiento son mayores, la transformación de la austenita tiene lugar a temperaturas mucho más bajas en comparación con el recocido. Debido a ello, el producto de transformación, la perlita es más fina con menor distancia interlamelar entre las dos placas vecinas de cementita.

La principal diferencia entre el recocido completo y la normalización es que las piezas de trabajo completamente recocidas son uniformes en suavidad (y maquinabilidad) en toda la parte, ya que toda la parte está expuesta al enfriamiento controlado del horno. En el caso de la parte normalizada, dependiendo de la geometría de la pieza, el enfriamiento es no uniforme, dando lugar a propiedades de material no uniformes a través de la parte.

La normalización alivia las tensiones internas causadas por el trabajo en frío, mientras que el crecimiento del grano está limitado por la velocidad de enfriamiento relativamente alta, por lo tanto, las propiedades mecánicas (resistencia y dureza) de un acero normalizado son mejores que en un acero recocido.

La calidad de la superficie después del mecanizado de una pieza normalizada es también mejor que en una parte recocida. Este efecto es causado por una mayor ductilidad del acero recocido que favorece la formación de desgarro en la superficie mecanizada.

Propiedades después de la normalización

Dado que la velocidad de enfriamiento en el tratamiento térmico de normalización no se controla, la estructura resultante depende del espesor de la pieza de trabajo de acero. Por lo tanto, el efecto del aumento de las propiedades mecánicas es mayor en piezas de trabajo delgadas.

El acero normalizado tiene mayor dureza y resistencia que el acero recocido debido a las siguientes razones.

  • La cantidad de perlita en el acero normalizado es mayor que la del acero recocido que tiene el mismo contenido de carbono, debido al desplazamiento de la composición eutectoide a un valor inferior.

  • La dispersión de las fases de perlita y ferrita es más fina.

  • La perlita del acero normalizado es más fina y tiene una separación interlamelar inferior a la del acero recocido.

Aplicación de la normalización

La normalización es el proceso industrial más utilizado ya que es más económico normalizar el acero que el recocido. En la normalización, ya que el enfriamiento tiene lugar en el aire, el horno está listo para el ciclo siguiente tan pronto como el calentamiento y el remojo es más en comparación con el recocido donde el enfriamiento del horno después del calentamiento y remojo necesita de 8 a 20 horas dependiendo de la cantidad de carga. Por lo tanto, en muchos casos, el recocido se reemplaza por la normalización para reducir el coste del tratamiento térmico. La normalización se adopta si los requisitos de propiedades no son muy críticos.

Algunos ejemplos típicos de normalización en la práctica comercial son los siguientes.

  • La normalización de las piezas en bruto del engranaje antes del mecanizado de modo que durante el endurecimiento posterior o el endurecimiento de la caja se puedan controlar mejor los cambios dimensionales tales como el crecimiento, la contracción o la deformación.

  • Homogeneización de estructuras fundidas y forjadas

  • Mejora de la maquinabilidad y refinamiento del tamaño de grano de las estructuras fundidas de piezas fundidas

  • Alivio de tensiones de piezas fundidas

  • Los metales fundidos y las aleaciones se caracterizan por estructuras segregadas, con núcleo y dendríticas, así como propiedades no uniformes. De forma similar, el metal forjado y las aleaciones después del trabajo mecánico, tales como forja, extrusión de laminación, etc., tienen estructura y propiedades no uniformes. Estas estructuras y propiedades se hacen homogéneas normalizando.

  • En algunos casos, cuando el acero se trabaja en caliente o en frío, es necesario realizar un tratamiento térmico de normalización para recuperar sus propiedades mecánicas originales.

  • En el caso de la normalización del tratamiento térmico en el metal de soldadura, el original como microestructura de grano fino metálico soldado se cambia a una ferrita equiaxada gruesa con agregados de carburo de ferrita y las propiedades de rendimiento y resistencia a la tracción se reducen considerablemente.

  • Es muy raro que un forjado se utilice sin algún tipo de tratamiento térmico debido a las fuertes tensiones mecánicas impuestas en la pieza y las variaciones en la microestructura. La normalización es uno de los tratamientos térmicos más simples que pueden abordar la refinación (o normalización) de la microestructura y la igualación de los efectos de la gama de temperaturas a las que el material ha sido sometido durante las operaciones de forja. La normalización de las piezas forjadas es muy beneficiosa para cualquier operación de endurecimiento subsiguiente

  • Los aceros que han sufrido una deformación plástica consisten en perlita que es de forma irregular y relativamente grande, pero que varía en tamaño. La normalización es un tratamiento térmico usado en acero para refinar su estructura cristalina y produce una distribución de tamaño de grano más uniforme y deseada.