Das Normalisieren bzw. Normalglühen von Stahl hat den Zweck der Bildung eines von der Vorbehandlung unabhängigen, gleichmäßigen und möglichst feinkörnigen Gefüges mit eher rundem Korn. Insbesondere unlegierte Stählen besitzen im normalisiertem Zustand eine gute beste Kombination von Festigkeit und Zähigkeit. Der Zustand des sogenannten Normalgefüges mit den ursprünglichen Festigkeiten und Zähigkeiten des Stahls lässt sich durch das Normalisieren immer wieder herstellen und reproduzieren, unabhängig von der Art des Ausgangsgefüges bzw. Vorbehandlung.

Das Normalisieren ist zum Beispiel erforderlich im Anschluss an einen Kaltwalzvorgang. Die während des Walzens entstandenen, gestreckten Gefügekörner werden durch das Normalisieren wieder in eine rundliche Form umgewandelt. Damit wird die Zähigkeit des Werkstücks verbessert und es ist die Möglichkeit einer weiteren Umformung gegeben, ohne dass das Werkstück reißt. Schweißvorgänge können zu einer Grobkornbildung führen mit zu geringer Festigkeit. Durch das Normalisieren wird die Korngröße wieder verringert und die Festigkeit dadurch gesteigert.

Bei Stahlguss mit 0,15 % bis 0,35 % Kohlenstoff kann infolge ungleichmäßiger Abkühlung in einigen Bereichen unerwünschter, nadeliger Ferrit entstehen. Dieser Vorgang führt zu geringerer Zähigkeit. Durch Normalisieren wird der Ferrit aufgelöst und die Zähigkeit wieder verbessert. Unlegierte Stähle mit C-Gehalt < 0,8% (untereutektoid) werden durch Normalisieren vollständig austenitisiert, wobei die Glühtemperatur 30 bis 50°C oberhalb von Ac3 (G-S-Linie im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm) liegt – also im Bereich von 800 °C bis 950 °C. Die Erwärmung soll zwischen 680 °C und Ac3 so schnell wie möglich erfolgen.  Stähle mit C-Gehalt > 0,8% (übereutektoid) werden mit einer niedrigeren Temperatur von etwa 30 °C bis 60 °C über der Ac1-Temperatur (S-K-Bereich im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm, Ac1 gleich 723 °C) geglüht, um eine vollständige Austenitisierung zu vermeiden. Die Haltedauer beim Normalisieren sollte ca 60 Minuten + Wandstärke in mm betragen um eine Grobkornbildung zu vermeiden.  Nach dem Ende der Haltezeit sollte zuerst an Luft (außerhalb des Ofens) bis ca. 600 °C abgekühlt werden, danach bis ca. 300°C wieder im Ofen, um die Bildung von hohen Eigenspannungen zu vermeiden.

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