Nel processo di normalizzazione, l'acciaio viene riscaldato uniformemente ad una temperatura che determina la completa trasformazione in austenite. L'acciaio viene mantenuto a questa temperatura per un periodo di tempo sufficiente a formare una struttura uniforme in tutta la sua massa. Si lascia poi raffreddare in modo uniforme in aria calma. Il raffreddamento ad aria si traduce in una velocità di raffreddamento più rapida rispetto alla velocità di raffreddamento del forno. Di conseguenza, il tempo di raffreddamento per la normalizzazione è notevolmente ridotto rispetto alla ricottura.
Il tempo di riscaldamento uniforme di normalizzazione è solitamente di 1 ora per uno spessore del pezzo di 25 mm, ma non inferiore a 2 ore alla temperatura di riscaldamento uniforme. La qualità del pezzo può avere un effetto significativo sulla velocità di raffreddamento e quindi sulla microstruttura finale. I pezzi sottili si raffreddano più velocemente e sono quindi più duri dopo la normalizzazione rispetto ai pezzi più spessi. Questo è in contrasto con il caso della ricottura, dove i pezzi sottili e quelli spessi sono ugualmente duri dopo il raffreddamento nel forno.
Gli acciai a basso tenore di carbonio normalmente non richiedono la normalizzazione. Tuttavia, se questi acciai vengono normalizzati, non si verificano effetti dannosi. Se i getti hanno spessori di parete e dimensioni della sezione trasversale uniformi, solitamente vengono ricotti anziché normalizzati. Altri tipi di getti, soprattutto quelli con forme complesse o con sezioni a parete sottile e spessa interconnesse, sono soggetti a livelli elevati di tensioni residue e possono trarre beneficio da un trattamento normalizzante. La microstruttura ottenuta mediante normalizzazione dipende dalla composizione del getto e dalla velocità di raffreddamento.
La normalizzazione degli acciai viene solitamente considerata dal punto di vista termico e microstrutturale. Dal punto di vista termico, il processo di normalizzazione consiste nell'austenitizzazione e nel successivo raffreddamento relativamente lento. Dal punto di vista della microstruttura, la regione della microstruttura contenente circa 0,80% di carbonio è perlite, mentre la regione a basso contenuto di carbonio è ferrite.
La normalizzazione viene in genere eseguita per uno dei seguenti scopi.
Alterazione e/o affinamento della struttura del grano ed eliminazione della struttura del grano grosso ottenuta durante precedenti operazioni di lavorazione (es. laminazione, forgiatura, ecc.).
Modificare e migliorare la struttura del dendrite fuso e ridurre la segregazione omogeneizzando la microstruttura.
Produce una microstruttura omogenea e ottiene la microstruttura e le proprietà meccaniche desiderate.
Migliorare la lavorabilità dell'acciaio dolce
Migliora la stabilità dimensionale
Riduce le bande
Migliora la duttilità e la tenacità
Fornisce una risposta più coerente durante l'indurimento o l'indurimento del caso.
Rimuove macrostrutture create da stampaggi o saldature irregolari
La perlite a grana fine è più resistente della perlite a grana grossa. La normalizzazione conferisce durezza e resistenza ai pezzi in acciaio. Inoltre, la normalizzazione aiuta a ridurre le tensioni interne causate da operazioni quali forgiatura, fusione, lavorazione meccanica, formatura o saldatura. La normalizzazione migliora anche l'uniformità microstrutturale e la risposta ai trattamenti termici come la ricottura o l'indurimento, e migliora la stabilità impartendo una "memoria termica" per i successivi processi a temperatura più bassa. I pezzi che richiedono la massima tenacità e i pezzi soggetti ad urti vengono spesso normalizzati. Quando le sezioni trasversali di grandi dimensioni vengono normalizzate, vengono anche temperate per ridurre ulteriormente le sollecitazioni e controllare più strettamente le proprietà meccaniche.
La normalizzazione rimuove le tensioni interne, le deformazioni e migliora le proprietà meccaniche dell'acciaio, come aumentandone la tenacità e la lavorabilità. Si ottiene anche una migliore duttilità senza compromettere la durezza e la resistenza.
