W procesie normalizacji stal jest równomiernie podgrzewana do temperatury, która powoduje całkowitą przemianę w austenit. Stal utrzymuje się w tej temperaturze przez wystarczający okres czasu, aby uformować jednolitą strukturę w całej swojej masie. Następnie pozostawia się do równomiernego ochłodzenia w nieruchomym powietrzu. Chłodzenie powietrzem skutkuje większą szybkością chłodzenia w porównaniu z szybkością chłodzenia pieca. W rezultacie czas chłodzenia przy normalizowaniu jest znacznie skrócony w porównaniu z wyżarzaniem.
Normalizujący równomierny czas nagrzewania wynosi zwykle 1 godzinę na grubość przedmiotu obrabianego 25 mm, ale nie mniej niż 2 godziny przy równomiernej temperaturze nagrzewania. Jakość przedmiotu obrabianego może mieć znaczący wpływ na szybkość chłodzenia, a tym samym na ostateczną mikrostrukturę. Cienkie przedmioty obrabiane schładzają się szybciej i dlatego po normalizacji są twardsze niż grubsze przedmioty. Inaczej jest w przypadku wyżarzania, gdzie cienkie i grube przedmioty po schłodzeniu w piecu są jednakowo twarde.
Stale niskowęglowe zwykle nie wymagają normalizacji. Jeśli jednak stale te zostaną znormalizowane, nie ma żadnych szkodliwych skutków. Jeśli odlewy mają jednakową grubość ścianek i wymiary przekroju poprzecznego, zwykle są one wyżarzane, a nie normalizowane. Inne typy odlewów, szczególnie te o skomplikowanych kształtach lub połączonych ze sobą cienkich i grubych ścianek, są podatne na wysoki poziom naprężeń własnych i mogą skorzystać z obróbki normalizującej. Mikrostruktura uzyskana w wyniku normalizacji zależy od składu odlewu i szybkości chłodzenia.
Normalizację stali rozważa się zwykle z termicznego i mikrostrukturalnego punktu widzenia. Z termicznego punktu widzenia proces normalizacji składa się z austenityzacji i następującego po niej stosunkowo powolnego chłodzenia. Z punktu widzenia mikrostruktury obszar mikrostruktury zawierający około 0,80% węgla to perlit, natomiast obszar o niskiej zawartości węgla to ferryt.
Normalizację przeprowadza się zwykle w jednym z następujących celów.
Zmiana i/lub udoskonalenie struktury ziaren oraz eliminacja struktury gruboziarnistej powstałej podczas poprzednich operacji obróbczych (np. walcowanie, kucie itp.).
Modyfikuj i ulepszaj strukturę dendrytu odlewu oraz zmniejszaj segregację poprzez homogenizację mikrostruktury.
Tworzy jednorodną mikrostrukturę i uzyskuje pożądaną mikrostrukturę i właściwości mechaniczne.
Poprawić skrawalność stali miękkiej
Poprawia stabilność wymiarową
Redukuje powstawanie pasm
Poprawia plastyczność i wytrzymałość
Zapewnia bardziej spójną reakcję podczas hartowania lub utwardzania powierzchniowego.
Usuwa makrostruktury powstałe w wyniku nieregularnego formowania lub spawania
Perlit drobnoziarnisty jest twardszy niż perlit gruboziarnisty. Normalizowanie nadaje twardość i wytrzymałość stalowym przedmiotom. Ponadto normalizowanie pomaga zmniejszyć naprężenia wewnętrzne spowodowane operacjami takimi jak kucie, odlewanie, obróbka skrawaniem, formowanie lub spawanie. Normalizowanie poprawia również jednorodność mikrostruktury i reakcję na obróbkę cieplną, taką jak wyżarzanie lub hartowanie, a także zwiększa stabilność poprzez nadanie „pamięci termicznej” dla późniejszych procesów w niższej temperaturze. Przedmioty obrabiane wymagające maksymalnej wytrzymałości i elementy narażone na uderzenia są często normalizowane. Kiedy duże przekroje są normalizowane, są one również odpuszczane w celu dalszego zmniejszenia naprężeń i ściślejszej kontroli właściwości mechanicznych.
Normalizowanie usuwa naprężenia wewnętrzne, odkształcenia i poprawia właściwości mechaniczne stali, takie jak zwiększenie jej wytrzymałości i podatności na obróbkę skrawaniem. Uzyskuje się także lepszą plastyczność bez wpływu na twardość i wytrzymałość.
