Нормализация металла это: Описание процесса отжига стали и металла, его виды, их особенности и технология

Содержание

Описание процесса отжига стали и металла, его виды, их особенности и технология

На дворе XXI век — это век развитых технологий, инфраструктуры и промышленности. Это касается и области металлургии, которая имеет важнейшее значение для строительства. С рождением новых возможностей и идей повышаются и требования к качеству материалов. Человечество, которое совсем недавно освоило технологию обработки и применения металла и различных сплавов, больше не устраивают естественные механические свойства.

Отныне лишь высокопрочные и высококачественные материалы могут быть использованы в строительстве. И именно для изменения естественных свойств металла применяются различные методики термической обработки, такие, как отжиг металла, которые позволяют значительно повысить его прочность и обрабатываемость.

Что представляет собой отжиг

Отжиг — это один из методов термической обработки металла и стали. В его основе лежит нагрев до очень высокой температуры. То есть металл нагревается до нужной температуры в зависимости от цели и метода, выдерживается в таком состоянии на какое-то время, а затем постепенно охлаждается.

Отжиг может проводиться в самых разнообразных случаях. Для примера можно рассмотреть самые основные. Обычно он проводится в следующих целях:

  • для уменьшения внутренней напряженности металла, который может возникнуть в результате ковки, иного воздействия на него, или обработки;
  • для повышения механических свойств и прочности металла;
  • для придания однородности его структуре;
  • чтобы улучшить пластичность, что очень важно во время обработки;
  • для повышения уровня сопротивляемости и ударной вязкости и др.

Виды особенности

В зависимости от цели и предназначения отжиг может иметь следующие разновидности:

  • полный и неполный;
  • рекристаллизационный;
  • диффузионный;
  • изотермический;
  • сфероидизация;
  • нормализация и др.

Более подробно рассмотрим некоторые из них.

Технология полного отжига

Полный отжиг проводится в целях измельчения зерна и улучшения качества обработки с использованием режущего инструмента, а также для устранения внутренней напряженности. Ему подвергаются изделия, изготовленные из доэвтектоидного сплава или стали, в составе которой содержится карбон в количестве, не превышающем 0,8%. К таким изделиям относятся кованые и литые детали.

Что касается технологии: изделие подвергается нагреву, который достигает критической точки, равной примерно 20−50 градусов, имеющий условное обозначение А3. Затем выдерживают в этом состоянии столько, сколько необходимо, и медленно охлаждают. Температура нагрева определяется в зависимости от типа стали по диаграмме состояния. Для каждого типа стали существуют определенные значения температур, при которых достигается необходимая степень нагрева.

Эти значения можно найти в справочных таблицах.

Время охлаждения также продиктовано структурой и составом стали, например, изделия из углеродистой стали охлаждают на 180−200 градусов в час, низколегированные стальные детали охлаждаются на 90 градусов в час, высоколегированную сталь, если она подвергается полному отжигу, охлаждают еще медленнее — 50 градусов в час. Поскольку изделия из высоколегированной стали зачастую подвергают другому типу термической обработки, изотермическому, однако бывают и исключения.

Вследствие полного отжига неоднородная структура углеродистой и доэвтектоидной стали, состоящая из крупных и мелких зерен и зачастую не удовлетворяющая по своим механическим свойствам, становится однородной и податливой для обработки. Именно в этих целях и проводится полный отжиг.

Особенности и цель неполного отжига

Если полный отжиг предназначается для изделий, не отвечающих никаким требованиям, то неполный проводится на тех же объектах с более или менее удовлетворительными механическими свойствами. То есть в результате неполной термической обработки изменится лишь перлитовая структура металла, а ферритовая останется неизменной. «Перлит» в переводе с французского означает «жемчужина», он входит в состав структуры стали, чугуна и иных железоуглеродистых сплавов. Перлит состоит из феррита и цементита, образующих эвтектоидную смесь. Другими словами, основная цель — сделать сталь мягкой и пластичной, насколько это возможно.

Технологически процесс неполного отжига отличается степенью нагрева, в данном случае он достигает критической точки на 30−50 градусов выше до А1. Температура нагрева достигает 770 градусов, постепенное охлаждение происходит со скоростью 60 градусов в час: сначала в печи до 600 градусов, а затем на открытом воздухе.

Такая термообработка также применяется для заэвтектоидной и легированной стали. Она нагревается до критической точки Ас1, превышающей на 10−30 градусов. В результате такого нагрева происходит перекристаллизация сплава, которая, в свою очередь, способствует образованию сферической формы перлита.

Этот процесс еще называется сфероидизацией.

Рекристаллизация и диффузия

  • Рекристаллизационный отжиг проводится с целью восстановления кристаллической решетки, нарушенной в результате деформации стали. Деформация приводит к наклепу, который сопровождается снижением пластичности, сталь становится очень жесткой, что делает ее обработку невозможной. Деформированная сталь нагревается до 650−680 градусов, вследствие чего ферритовые и перлитовые зерна, находящиеся в вытянутом в сторону деформации состоянии, распределяются равномерно, восстанавливая кристаллическую решетку и возвращая стали пластичность и мягкость.
  • Диффузионный отжиг проводится в целях выравнивания структурной однородности на химическом уровне, то есть на атомном. Такая необходимость может возникнуть во время затвердевания литых слитков, иначе этот эффект называется дендритной ликвацией. Гомогенизация, или диффузионный отжиг, позволяет ликвидировать дендритную ликвацию посредством перемещения атомов примесей из части с высоким скоплением в часть, где наблюдается их нехватка, таким образом выравнивая химическую структуру.

Чтобы данный процесс протекал успешно, нагрев проводится при очень высоких температурах, с более длительной выдержкой и с медленным охлаждением, в отличие от видов, рассмотренных выше. То есть это температуры, превышающие 1000 градусов, длительность выдержки составляет более 12 часов.

Предназначение изотермического отжига и нормализации

Изотермический отжиг применяется для высоколегированных и высокохромистых сталей. Его особенность заключается в нагреве металла на 30−50 градусов выше критической точки Ас3 и в ускоренном охлаждении до температуры выдержки ниже критической точки А1, а затем в естественном охлаждении на открытом воздухе.

Данный вид дает несколько видимых преимуществ, первое из которых заключается во времени, то есть весь процесс — начиная от нагрева, выдержки и до остывания — занимает гораздо меньше времени, чем этап остывания детали вместе с печью. Второе преимущество состоит в том, что при изотермической выдержке и резком охлаждении достигается более сглаженная и однородная структура по сечению детали.

  • Нормализация. Процесс нормализации осуществляется в качестве промежуточного перед обработкой и закалкой в целях устранения наклепа и внутреннего напряжения. Доэвтектоидная сталь подвергается нагреву до критической точки Ас3 на 30−50 градусов выше, постепенно охлаждается на открытом воздухе. Причем в отличие от отжига при нормализации происходит переохлаждение, за счет чего и достигается более однородная тонкая и мелкозернистая структура.
  • Последствия нормализации. Значительно повышается прочность и ударная вязкость стали. Нормализация протекает гораздо быстрее, чем отжиг, а ее производительность намного выше. Поэтому рекомендуется нормализовать стали, содержащие в своем составе углерод, а не подвергать отжигу.

Что такое нормализация стали и описание данного процесса

Главная / Теория термической обработки металлов / Отжиг второго рода / Отжиг сталей / Нормализация

20 июля 2011

При нормализации сталь нагревают до температур на 30 — 50 °С выше линии GSE и охлаждают на воздухе (смотрите рисунок Температура нагрева сталей для отжига 2-го рода). Ускоренное по сравнению с отжигом охлаждение обусловливает несколько большее переохлаждение аустенита (смотрите рисунок Основные разновидности отжига 2-го рода доэвтектоидной стали).

Поэтому при нормализации получается более тонкое строение эвтектоида (тонкий перлит или сорбит) и более мелкое эвтектоидное зерно.

Кроме того, частично подавляется выделение избыточной фазы (феррита или вторичного цементита) и, следовательно, образуется квазиэвтектоид (смотрите рисунок Схематические диаграммы изотермического распада аустенита).

Таким образом, прочность стали после нормализации должна быть больше, чем после отжига.

Нормализацию применяют чаще всего как промежуточную операцию для смягчения стали перед обработкой резанием, для устранения пороков строения и общего улучшения структуры перед закалкой. Таким образом, назначение нормализации как промежуточной обработки аналогично назначению отжига.

Так как нормализация выгоднее отжига, то ее всегда следует предпочесть отжигу, если оба эти вида обработки дают одинаковые результаты. Но нормализация не всегда может заменить отжиг как операцию смягчения стали. Это объясняется следующим.

Склонность аустенита к переохлаждению растет с увеличением содержания в нем углерода и легирующих элементов. Поэтому разница в свойствах после отжига и после нормализации зависит от состава стали.

Например, твердость сталей, содержащих 0,2; 0,4:5 и 0,8%С, после отжига равна соответственно 120, 160 и 180 НВ, а после нормализации 130, 190 и 240 НВ.

Нормализацию широко применяют вместо смягчающего отжига к малоуглеродистым сталям, в которых аустенит слабо переохлаждается. Но она не может заменить смягчающий отжиг высокоуглеродистых сталей, которые весьма ощутимо упрочняются при охлаждении на воздухе из-за значительного переохлаждения аустенита.

Что же касается средне- и высоколегированных сталей, то в них при охлаждении на воздухе может образоваться мартенсит, т. е. происходит воздушная закалка (смотрите Прокаливаемость сталей). Здесь следует уточнить понятие нормализации.

Под нормализацией понимают такую термическую обработку стали, при которой охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита в температурном интервале перлитного превращения.

Поэтому если охлаждение легированной стали на воздухе дает мартенсит, как в стали 18Х2Н4ВА, то такой процесс никакого отношения к нормализации не имеет.

Нормализацию широко применяют взамен отжига для устранения пороков стали, возникших при горячей деформации и термической обработке, причем во многих случаях нормализация дает лучшие результаты, чем отжиг.

Например, строчечность в стали легче устранить нормализацией, так как при большем переохлаждении аустенита феррит выделяется не только на вытянутых шлаковых и сульфидных включениях, но и во всем объеме аустенитного зерна.

В заэвтектоидной стали нормализация устраняет грубую сетку вторичного цементита. При нагреве выше точки Аст (линия ES) вторичный цементит растворяется, а при последующем ускоренном охлаждении на воздухе он не успевает образовать грубую сетку, понижающую свойства стали.

Например, если после горячей прокатки в инструментальных сталях У11 — У13 имеется грубая цементитная сетка, то перед сфероидизирующим отжигом ее устраняют нормализацией с нагревом до 850 °С и последующим охлаждением, ускоренным с помощью вентиляторов.

Очень часто нормализация служит для общего измельчения структуры перед закалкой. Если в стали перед закалкой имеются грубые выделения избыточного феррита, то при нагреве под закалку аустенит не успевает как следует гомогенизироваться.

Участки аустенита, соответствующие местам залегания грубых включений феррита, будут обеднены углеродом и после закалки не приобретут необходимую твердость. После предварительной нормализации измельчаются выделения избыточного феррита, эвтектоид становится более дисперсным и тем самым облегчается быстрое образование гомогенного аустенита при нагреве под закалку.

Нормализацию используют и как окончательную обработку средне- и высокоуглеродистых доэвтектоидных сталей, если требования к свойствам умеренные и необязательна закалка с высоким отпуском.

В заключение отметим, что скорость охлаждения на воздухе зависит от массы изделия и отношения его поверхности к объему, вследствие чего эти факторы сказываются на получаемой структуре и свойствах нормализованной стали.

«Теория термической обработки металлов»,И.И.Новиков

Для получения высокопрочной канатной, пружинной и рояльной проволоки применяют изотермическую обработку, которая известна с 70-годов XIX в. и получила название патентирования. Проволоку из углеродистых сталей, содержащих от 0,45 до 0,85%С, нагревают в проходной печи до температуры на 150 — 200 °С выше Ас3, пропускают через свинцовую или соляную ванну с температурой 450 — 550 °С…

Малая степень переохлаждения аустенита, необходимая при отжиге, может быть получена не только при непрерывном охлаждении стали с печью.

Другой путь — ступенчатое охлаждение с изотермической выдержкой в интервале перлитного превращения (смотрите рисунок Основные разновидности отжига 2-го рода доэвтектоидной стали).

Такая термообработка называется изотермическим отжигом. После нагрева до температуры выше А3 сталь ускоренна охлаждают до температуры…

Влияние режима сфероидизирующего отжига

Для режима сфероидизирующего отжига заэвтектоидных сталей характерен узкий температурный «интервал отжигаемости».

Нижняя его граница должна находиться немного выше точки А1, чтобы образовалось большое число центров выделения карбида при последующем охлаждении.

Верхняя граница не должна быть слишком высокой, так как иначе из-за растворения в аустените центров карбидного выделения при охлаждении образуется пластинчатый перлит. Так как точки…

Для заэвтектоидных сталей полный отжиг с нагревом выше Аст (линия ES) вообще не используют, так как при медленном охлаждении после такого нагрева образуется грубая сетка вторичного цементита, ухудшающая механические и другие свойства. К заэвтектоидным углеродистым сталям широко применяют отжиг с нагревом до 740 — 780 °С и последующим медленным охлаждением. После такого нагрева в аустените…

Влияние легирующих элементов на перлитное превращение

Легирующие элементы оказывают чрезвычайно важное для практики влияние на кинетику распада аустенита. За исключением кобальта, все широко используемые легирующие элементы, растворенные в аустените (Cr, Ni,Mn, W, Mo, V и др.

), замедляют перлитное превращение, сдвигая верхнюю часть С-кривой вправо. Природа увеличения устойчивости переохлажденного аустенита под влиянием легирующих элементов довольно сложная.

Если в углеродистых сталях перлитное превращение…

Источник: https://www.ktovdome.ru/teoriya_termicheskoy_obrabotki_materialov/355/81/10955.html

Основные виды термической обработки стали: отжиг, закалка, отпуск и нормализация

Для придания стальным заготовкам особых свойств выполняют термическую обработку. Технология зависит от конечных параметров и свойств металла, его качества. На выбор вида термической обработки влияет марка стали, требуемые эксплуатационные характеристики конечного изделия.

Виды отжигов

Суть процесса заключается в нагреве металлического изделия и последующего медленного охлаждения. В результате этого улучшается показатель вязкости, достигается химическая и структурная однородность. Термическая обработка методом отжига негативно влияет на жесткость стали.

В зависимости от требуемых качеств изделия выполняют такие виды отжига:

  •  Диффузионный.  Цель обработки – уменьшение химической неоднородности состава. Сначала сталь нагревают до температуры +1150°С и в таком состоянии заготовка остается 10-15 часов. Затем выполняют медленное (естественное) охлаждение.
  •  Полный.  Она выполняется для штамповочных изделий или заготовок, сделанных методом литья или ковки. Цель – формирование мелкозернистой структуры. Сталь нагревается до температуры, превышающей значение критической верхней точки на +50°С. Затем происходит медленное охлаждение со скоростью не более 75°С (для легированных сортов) или +200°С (для углеродистых марок) в час.
  •  Неполный отжиг.  Термическая обработка применяется для уменьшения показателя жесткости и снятия напряжения структуры. Технология аналогична вышеописанной, за исключением значения максимальной температуры. Она не должна превышать +750°С.
  •  Изотермический.  Он актуален только для легированных сортов стали. Температура воздействия выше критической точки на 20-30%. Отличия от полного отжига – быстрое охлаждение до +600°С. Методика применяется для оперативной обработки стальных заготовок.

Для выполнения этих процедур необходимо специальное оборудование. Качество обработки зависит от выполняемых требований. В случае несоблюдения технологии велика вероятность появления дефектов – пережог.

Закалка

Методика актуальна для создания неравномерной структуры стали заготовки. Это увеличивает твердость, но также повышает хрупкость конструкции. Выбор температуры воздействия зависит от химического состава. Также важными являются скорость охлаждения и периодичность повторения процедуры.

При выборе технологии закаливания учитывают следующие факторы:

  •  Температура обработки.  Если она не превышает критическое значение – закалка относится к категории неполной. Для обработки всей структуры заготовки термическое воздействие должно быть выше точки Асз на 30-40°.
  •  Охлаждение.  Оно может выполняться быстро или медленно. В первом случае твердость неравномерная, ближе к поверхности. При медленном охлаждении напряжение структуры выравнивается.
  •  Выбор среды для закалки.  Чаще всего используют соляную ванную или масло с добавлением специальных веществ.
  •  Периодичность.  Она влияет на распределение жесткости в структуре стали.

Способы закалки рассчитываются индивидуально для каждого типа изделия. О том, как закаливать и делать отпуск металла в домашних условиях, читайте здесь.

Отпуск

Для нормализации характеристик стальных заготовок после закалки рекомендуется делать ее отпуск. Его суть заключается в термическом воздействии температурами, при которых не происходит фазового превращения. Итогом этой операции будет однородность структуры стали.

Виды отпуска для металлических заготовок:

  •  Низкий.  Применяется для углеродистых сортов стали. Максимальная температура воздействия — +200°С. В результате уменьшается показатель хрупкости и снижается натяжение в структуре.
  •  Средний.  Термическая обработка происходит при +400°С. Технология необходима для удаления избыточного углерода. При этом кристаллическая решетка становится кубической.
  •  Высокий.  Температура обработки – до +650°С. Применяется для появления оптимальных характеристик прочности, вязкости и пластичности.

Определяющим показателем для этого процесса является отпускная хрупкость. Она указывает на степень падения ударной вязкости при резких перепадах температур.

Нормализация металлических заготовок

Технология схожа с отжигом стали. Разница заключается в способе охлаждения заготовки. Это происходит не в печи, как в первом случае, а на воздухе. В результате происходит нормализация структуры кристаллической решетки, повышаются показатели прочности и вязкости.

При выполнении этого процесса учитывают такие показатели:

  •  Выдержка.  Она характеризует степень равномерного термического воздействия на все слои стальной заготовки.
  •  Скорость охлаждения.  Влияет на толщины перлитных пластин.
  •  Поэтапное охлаждение.  В некоторых случаях после достижения определенного уровня снижения температуры деталь помещают в масло для оперативного охлаждения.

Для появления нужных свойств стальной заготовки могут выполняться несколько типов термической обработки.

Источник: https://ismith.ru/metalworking/vidy-termicheskoj-obrabotki-stali/

Нормализация стали

Нормализацию стали часто рассматривают с двух точек зрения — термической и микроструктурной.

В термическом смысле и классическом понимании, нормализация стали — это нагрев стали до аустенитного состояния с последующим охлаждением на спокойном воздухе. Иногда к нормализации относят также и операции с  охлаждением ускоренным воздухом.

  • Место температуры нормализации на диаграмме состояния железо-углерод показано на рисунке 1.
  • Рисунок 1 – Упрощенная диаграмма состояния железо-углерод.
    Заштрихованная полоса – температура нормализации сталей
  • С точки зрения микроструктуры нормализованной структурой считают перлит для стали с содержанием углерода 0,8 %, а для сталей с меньшим содержанием углерода — доэвтектоидных сталей — смесь перлита и феррита.

Операцию нормализации применяют для большинства сталей и, в том числе стальных отливок. Очень часто сварные стальные швы нормализуют для измельчения структуры стали в зоне воздействия сварки.

Цель нормализации стали

Цели нормализации стали могут быть различными: например, как для увеличения, так и для снижения прочности и твердости в зависимости от термической и механической истории изделия.

Цели нормализации часто пересекается или даже путается с отжигом, термическим упрочнением и отпуском для снятия напряжений.  Нормализацию применяют, например, для улучшения обрабатываемости детали резанием, измельчения зерна, гомогенизации зеренной структуры или снижения остаточных напряжений. Сравнение температурно-временных циклов для нормализации и отжига показано на рисунке 2.

Рисунок 2 ─ Сравнение температурно-временных циклов нормализации и полного отжига. Более медленное охлаждение при отжиге приводит к более высокой температуре феррито-перлитного превращения и  более грубой микроструктуре, чем при нормализации.

Для стальных отливок нормализацию применяют для гомогенизации их дендритной структуры, снижения остаточных напряжений и большей восприимчивости к последующему термическому упрочнению.

Изделия, полученные обработкой давлением, могут подвергать нормализации для снижения полосчатости структуры после прокатки или разнозернистость после ковки.

Нормализацию с последующим отпуском применяют вместо обычной закалки, когда изделия имеют сложную форму или резкие изменения по сечению. Это делают, чтобы избежать образования трещин, коробления и чрезмерных термических напряжений.

Скорость охлаждения стали при нормализации

Скорость охлаждения при нормализации обычно не является критической величиной. Однако, когда изделие имеет большие различия по размерам сечения, принимают меры по снижению термических напряжений, чтобы избежать коробления.

Выдержка при температуре нормализации

Роль длительности выдержки при температуре нормализации заключается  только в том, чтобы обеспечить гомогенизацию аустенитной структуры до начала охлаждения. Один час выдержки на каждые 25 мм толщины сечения является нормой.

Скорость охлаждения при нормализации значительно влияет на количество перлита, его размеры и толщину перлитных пластин.

Чем выше скорость охлаждения, тем больше образуется перлита, а его пластины становятся тоньше и ближе друг к другу.

Увеличение доли перлита в структуре и его измельчение дают повышение прочности и твердости стали. Более низкие скорости охлаждения означают менее прочную и твердую сталь.

После того, как изделия однородно охладились по своему сечению ниже нижней критической точки Аr1, их можно охлаждать в воде или масле для снижения общей  длительности охлаждения.

Источник: http://steel-guide.ru/termicheskaya-obrabotka-stali/normalizaciya-stali.html

Для чего нужна нормализация стали

Нормализа́ция (нормализацио́нный о́тжиг) — вид термической обработки, заключающийся в нагреве до определённой температуры, выдержке и последующем охлаждении. Данный вид применяется преимущественно при термообработке стали. Также применяется при термообработке чугуна, сплавов меди и некоторых других сплавов.

При нормализации доэвтектоидные стали нагреваются до температуры на 50 °C выше критической точки завершения превращения избыточного феррита в аустенит AC3, а заэвтектоидные до температуры на 50 °C выше точки завершения превращения избыточного цементита в аустенит Acm. Нагревание ведется до полной перекристаллизации. Охлаждение производится на воздухе в цехе. В результате сталь приобретает мелкозернистую, однородную структуру. Твердость, прочность стали после нормализации выше на 10-15 %, чем после отжига [1] .

Структура низкоуглеродистой стали после нормализации феррито-перлитная, такая же, как и после отжига, а у средне- и высокоуглеродистой стали — сорбитная.

В некоторых случаях нормализация может заменить для низкоуглеродистой стали отжиг, а для высокоуглеродистой — улучшение (закалку с высоким отпуском). Часто нормализацию используют для подготовки стали к закалке.

Нормализация обеспечивает большую производительность и лучшее качество поверхности при обработке резанием [1] .

Нормализацией называется вид термической обработки стали, при котором ее нагревают на 30-50 градусов выше критических температур А с3 или А с m , а затем после выдержки при таких температурах охлаждают на воздухе. А с3 и А с m – критические температуры, полученные при нагревании изделий.

При температуре А с3 происходит окончание фазы превращения феррита в аустенит и образование однородной структуры аустенита. Значение температуры А с m соответствует началу выделения вторичного цементита из аустенита при охлаждении или концу растворения вторичного цементита в аустените при нагревании.

Аустенит представляет собой твердый раствор углерода (до 2 % ) и других примесей в гамма-железе. Феррит – это почти чистое железо, содержащее небольшое количество атомов углерода и других примесей. Цементит является химическим соединением железа и углерода.

В стали почти весь углерод содержится в виде цементита.

Нормализация применяется для исправления структуры перегретой стали, снятия внутренних механических напряжений, разрушения карбидной сетки, улучшения обрабатываемости конструкционных низколегированных и малоуглеродистых сталей, а также как предварительная операция для увеличения глубины прокаливаемости углеродистых и инструментальных сталей.

  Трехфазный дифавтомат схема подключения

От отжига нормализация стали отличается более быстрым (приблизительно в два раза) охлаждением изделия. Процесс нормализации является в материальном отношении более выгодной (дешевой) операцией по сравнению с отжигом.

В технологическом процессе печь используется только для нагревания и выдержки изделия при температуре нагрева, а охлаждение происходит вне печи. Отжиг в ряде случаев выгодно заменять нормализацией, т. к. нормализация способствует ускорению процесса термообработки.

Однако, применять нормализацию стали не всегда представляется возможным потому, что у некоторых марок сталей после нее твердость будет более высокой, чем при отжиге. Изделия из стали с низким содержанием углерода рекомендуется подвергать технологическому процессу нормализации, т. к.

их механические свойствах после нормализации и отжига практически идентичны. Нормализацию изделий из стали , содержащей более 0,4 % углерода в химическом составе, выполнять не рекомендуется по той причине, что после этого процесса у них остается повышенная твердость. Такую сталь лучше подвергать отжигу.

Но на практике изделия из этих сталей все-таки подвергают нормализации с последующим высоким отпуском при температурах 650-700 градусов для понижения твердости.

Качество стали определяется структурой ее кристаллической решетки. В процессе термической обработки в некоторых случаях однородность зерна металла может нарушаться, возникают пороки и внутренние напряжения.

Чем больше таких негативных моментов, тем сорт материала будет ниже. Чтобы повысить сортовые характеристики (сделать металл более прочным и твердым), применяют процесс под названием нормализация стали.

Этот вид обработки тоже относится к термическим.

Чаще всего такой вид обработки в технологической цепочке занимает промежуточное положение, но иногда для получения сортового проката его применяют на окончательном этапе.

Нормализации можно подвергать высокоуглеродистые, среднеуглеродистые и малоуглеродистые стали, а также инструментальные материалы и изделия из низколегированного металла.

В каждом конкретном случае нормализацией достигают того или иного изменения, связанного с улучшением параметров.

Цели и назначение нормализации

Нормализация имеет несколько назначений – нельзя рассматривать ее только как способ увеличить твердость стали. В некоторых случаях с помощью этого процесса добиваются обратного эффекта по твердости, а также могут снижать прочность и ударную вязкость металла. Здесь важно понимать, что любая сталь имеет механическую и термическую историю.

  Ручной станок для вязания

Основной целью нормализации является достижение эффекта нивелирования напряжений, которые возникли в структуре материала по тем или иным причинам. В результате сталь легче обрабатывать разными способами, и она получает дополнительные характеристики в результате обработки.

Если взять, к примеру, стальные отливки, то обработка методом нормализации позволит получить гомогенизацию кристаллической структуры, снизить остаточные напряжения и повысить способность к термическому упрочнению.

Стальные предметы, которые были получены методом давления, после проведения прокатки и ковки подвергают нормализации с целью уменьшить полосчатость и разнозернистость структуры соответственно.

Когда процесс нормализации проводят одновременно с отпуском металла, это является альтернативой обработке путем закалки для тех изделий, которые имеют форму сложной конфигурации либо в них имеются перепады по сечению резкого характера. В этом случае удается уйти от возможной деформации детали.

Еще одно свойство нормализации: она позволяет переводить крупнозернистую структуру металла в более мелкое состояние. Такая обработка улучшает способность к закалке, обработке при помощи резания, позволяет удалять сетку так называемого вторичного цемента в стали заэвтектоидной. Все это способствует подготовке изделия к термической обработке последнего этапа технологического процесса.

Процесс нормализации и основные принципы

С точки зрения физики процесса нормализация стали представляет собой обработку металла термическим образом, при котором его нагревают выше верхнего критического порога Асm и Ас3 на величину в 30–50 градусов по Цельсию. На этом уровне происходит выдержка металла, а далее его охлаждение при обычных температурных условиях окружающей среды.

После достижения точки Ас3 наблюдается завершение фазы, когда происходит преобразование в аустенит феррита с одновременной нормализацией структуры полученного вещества.

За преодолением порога Асm следует процесс, где уже из аустенита начинает выделяться цементит вторичный (если температура идет в сторону уменьшения) и прекращается его растворение в аустените (при увеличении температуры относительно этой точки).

Если сталь была слишком перегрета и из-за этого произошло укрупнение зерна решетки, для уменьшения этого размера изделие подвергают такой обработке, где температуру нормализации стали повышают на 100–150 градусов по Цельсию относительно точки ACj.

Не стоит путать нормализацию с отжигом: у каждого процесса есть свои особенности. При нормализации стали охлаждение происходит в два раза быстрее. С экономической точки зрения такой процесс более рентабелен, так как не требует применения печи для постепенного охлаждения.

Метод нормализации стали не всегда можно применять по отношению к некоторым маркам стали, потому что после такой обработки у них остается повышенная твердость, которая не во всех случаях нужна.

Это касается тех металлов, где содержание углерода превышает показатель в 0.4 %. В низкоуглеродистых сталях этот эффект, как правило, не наблюдается.

Выходом из ситуации может быть применение высокого отпуска после нормализации при температурном режиме в 650–700 градусов по Цельсию.

  Коронки для алмазного сверления

Оборудование и материалы

В качестве оборудования для проведения нормализации применяют печи для закалки и отжига стали. В печном оборудовании может быть использован газовый нагрев. Такие системы содержат:

  1. Камеру. Это специальный, герметично закрывающийся бокс, где располагают заготовки.
  2. Нагревательные элементы в виде горелок. Предназначены для нагнетания температуры в камере печи. Горелки могут быть плоско-факельного типа, работать по принципу косвенного или прямого нагрева.
  3. Устройства, выполняющие запорно-регулирующие функции.
  4. Модули управления мощностью. Они могут быть комбинированного типа, пропорциональные или импульсные.
  5. Теплоизоляционный материал.

Принцип нагрева внутренней камеры печи от газа может быть реализован через воздушное пространство, тогда горелку располагают в центре. Также могут применяться регенерационные и рекуперационные конструкции горелок.

В печах сопротивления, где используется косвенный метод нагрева, нагревательная система может быть выполнена по разным принципам. Чаще всего здесь используют тиристорные схемы для управления мощностью, которые в свою очередь контролируются при помощи микропроцессорных схем.

Уважаемые посетители сайта, все, кто разбирается в технологическом процессе выполнения операций по нормализации стали, оставьте свои дополнения к статье в х!

Источник: https://vi-pole.ru/dlja-chego-nuzhna-normalizacija-stali.html

Отжиг и нормализация углеродистой стали

Отжиг стали.

Отжигом называется операция термической обра­ботки, при которой путем нагрева, выдержки при установленных температурах и последующего медленного охлаждения в стали по­лучают устойчивую структуру, свободную от остаточных напряже­ний. Цель отжига стальных изделий — снять внутренние напряже­ния, устранить структурную неоднородность, улучшить обрабатыва­емость резанием и подготовить к последующей термической обра­ботке.

Отжиг стали может быть с фазовой перекристаллизацией: пол­ный, изотермический, на зернистый перлит и диффузионный, а так­же без фазовой перекристаллизации — рекристаллизационный.

 

Рис. 1. Интервалы температур для различных видов отжига и нормализации углеродистой стали

Отжиг включает следующие операции.

1. Нагрев стали до температур, на 20—30° превышающих верх­нюю критическую точку АС1, т. е. лежащих выше линии GS, — полный отжиг для доэвтектоидных сталей (рис. 1), или нагрев ста­ли до температур, на 30—40° превышающих нижнюю критическую точку AC1 т. е. расположенных выше линии PSK, — неполный от­жиг.

2. Выдержка детали в течение времени, достаточного для равно­мерного прогрева ее по всему сечению до заданных температур и для завершения всех структурных (фазовых) превращений, которые должны полностью закончиться. Законченность структурных превра­щений в стали при отжиге составляет цель данной операции: лишь в этом случае свойства стали после отжига существенно улучшаются.

3. Медленное охлаждение стали от температур отжига со ско­ростью, меняющейся (от 10 до 100° в час) в зависимости от марки стали, формы и назначения детали.

Полному  отжигу подвергают обычно доэвтектоидные стали, нагревая их до температур выше линии GS, выдерживая при них в течение 1/4 продолжительности нагрева и медленно ох­лаждая вместе с печью до 600 — 400° С.

Углеродистые стали охлаждают со скоростью 100—150° в час, легированные — со ско­ростью 30—50° в час. Полный отжиг сопровождается фазовой пере­кристаллизацией, в результате чего крупнозернистая сталь полу­чает мелкозернистую структуру, освобождается от внутренних нап­ряжений, становится мягкой и вязкой.

Для отжига изделия упако­вывают в ящики, трубы или реторты, которые затем наполняют песком, чугунной стружкой или углем, чтобы предохранить поверх­ность изделий от обезуглероживания и окисления. Наилучшие ре­зультаты дает применение защитной атмосферы.

Отжиг в защитной атмосфере называют светлым, так как при этом способе обезуглероживания и окисления почти не бывает и поверхность изделий оста­ется относительно светлой.

Неполный  отжиг является разновидностью отжига пе­рекристаллизации. При неполном отжиге сталь нагревают до тем­пературы, на 30—40° превышающей нижнюю критическую точку АС1 (см. рис. 1), т. е. до 750—760° С.

Замедленное охлаждение или длительная выдержка стали при температурах 680—750° С способствует образованию крупноплас­тинчатого перлита, облегчающего обрабатываемость стали резани­ем.

Для мягких доэвтектоидных сталей, содерж

Нормализация стали в Москве и области

Механическая обработкаАлмазно-расточные работыГоризонтально-расточные работыДолбёжная обработкаЗаточка инструментаЗенкерование отверстийЗубодолбёжная обработкаЗубофрезерная обработкаЗубошлифовальные работыКоординатно-расточные работыКруглошлифовальные работыМеханическая обработка на обрабатывающем центреНакатка резьбыНарезание резьбыПлоскошлифовальные работыПротягиваниеРазвертывание отверстийРезьбошлифовальные работыСверление отверстий на станках с ЧПУСверление отверстий на универсальных станкахСлесарные работыСтрогальная обработкаТокарная обработка на станках с ЧПУТокарная обработка на универсальных станкахТокарно-автоматные работыФрезерная обработка на станках с ЧПУФрезерная обработка на универсальных станкахХонингованиеШлицефрезерная обработкаЭлектроэрозионная обработкаТермическая обработкаДисперсное твердениеЗакалка ТВЧКриогенная обработкаНормализацияОбъёмная закалкаОтжиг металлаОтпуск металлаПоверхностная закалкаСорбитизацияУлучшение металлаХимико-термическая обработкаАзотированиеАлитированиеАнодированиеБорированиеБороалитированиеГазодинамическое напылениеГазотермическое напылениеГальваническое покрытие медью (меднение, омеднение)Гальваническое покрытие никелем (никелирование)Гальваническое покрытие хромом (хромирование)Гальваническое покрытие цинком (цинкование, оцинковка)КарбонитрацияМногослойное покрытие медью и никелемМногослойное покрытие медью, никелем и хромомНитроцементацияОксидированиеПлакированиеСилицированиеТермодиффузионное цинкованиеТравление металлаХимическое фосфатированиеХромоалитированиеХромосилицированиеЦементацияЦианированиеЭлектролитно-плазменная полировка (ЭПП)Электрохимическая полировка металлаРезка металлаГазовая/газопламенная/кислородная резкаГидроабразивная резкаЛазерная резкаПлазменная резкаПоперечная резка рулонной сталиПродольная резка рулонной сталиПродольно-поперечная резка рулонной сталиРезка арматурыРезка на ленточнопильном станкеРезка пресс-ножницамиРубка на гильотинных ножницахФигурная резка трубГибка металлаВальцовка листового металлаВальцовка профиляВальцовка пруткового металлаВальцовка трубы3D гибка проволокиГибка листового металлаГибка на прессеГибка профиляГибка пруткового металлаГибка трубыСварочные работыАргонная (аргонодуговая) сваркаГазовая сваркаГазопрессовая сваркаДиффузионная сваркаДугопрессовая сваркаКонтактная сваркаКузнечная сваркаЛазерная сваркаНаплавкаПайкаПолуавтоматическая дуговая сваркаРоботизированная сваркаРучная дуговая сваркаСварка арматурыСварка взрывомСварка под слоем флюсаСварка трениемСварка трубТермитная сваркаУльтразвуковая сваркаХимическая сваркаХолодная сваркаЭлектронно-лучевая сваркаЛитьё металлаЛитье в жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС)Литье в керамические формыЛитье в кокильЛитье в оболочковые формыЛитье в песчаные формы (ПГС)Литье в формы с наружным отверждениемЛитье в холоднотвердеющие смеси (ХТС)Литье в шаблонные формыЛитье под давлениемЛитье по легко выплавляемым моделям (ЛВМ)Литье по легко газифицируемым моделям (ЛГМ)Литье по чертежам заказчикаЛитье с безопочной формовкойЛитье с вакуумной формовкойЛитье с вакуумно-плёночной формовкойЛитье со стопочной формовкойЦентробежное литьеЦентробежное электрошлаковое литье (ЦЭШЛ)Электрошлаковое литье (ЭШЛ)Обработка металлов давлениемВолочениеВырубка металлаКовкаЛистовая штамповкаОбъёмная штамповкаПерфорация металлаПравка плоского металлопрокатаПрессование металлаПробивка металлаПрокатка металлаПрокатка-волочениеПрокатка-прессованиеПуклеваниеРаскаткаРаскрой металла на координатно-пробивном прессеРотационная вытяжкаХудожественная ковкаПрочие услуги металлообработки3D печать металлом (SLM)Визуально-измерительный контрольДробеструйная обработкаКонтроль проникающими веществамиЛазерная гравировкаМагнитнопорошковый контрольМаркировка плазмойОбработка в галтовочном барабанеОбработка в дробемётеПеремотка рулонов металлаПескоструйная обработкаПокраска кистьюПокраска краскопультомПорошковая покраскаРазработка 3D моделей по чертежамРазработка конструкторской документацииРазработка технологических процессовУльтразвуковая толщинометрияУльтразвуковой контрольХимический анализИзготовление деталейИзготовление валовИзготовление втулокИзготовление деталей по образцам заказчикаИзготовление деталей по чертежам заказчикаИзготовление ёмкостей и резервуаровИзготовление закладных деталейИзготовление изделий из алюминияИзготовление изделий из арматурыИзготовление изделий из нержавеющей сталиИзготовление изделий из оцинкованной стали

Объяснение нормализации веса и нормализации уровня (нормализация в глубоком обучении, часть 2)

Пакетная нормализация — одна из причин того, что за последние годы глубокое обучение добилось такого выдающегося прогресса. На основе его успеха появились другие методы нормализации, такие как нормализация слоев и нормализация веса, которые также находят применение в данной области.

В этой серии публикаций предпринимается попытка дать целостное представление о методах нормализации в глубоком обучении.В предыдущем посте я говорил о пакетной нормализации и интуитивном понимании того, почему она улучшает производительность моделей глубокого обучения. В этом посте я обсуждаю ограничения пакетной нормализации, нормализации веса и нормализации уровня, которые являются недавно предложенными методами для преодоления этих ограничений.

1. Ограничения пакетной нормализации

Хотя пакетная нормализация — эффективный инструмент, она не лишена ограничений. Ключевым ограничением пакетной нормализации является то, что она зависит от мини-партии .

Если вы помните, пакетная нормализация вычисляет среднее значение и дисперсию каждого мини-пакета и нормализует каждую функцию в соответствии со статистикой мини-пакета. Это означает, что среднее значение и дисперсия будут отличаться для каждой мини-партии. Эта зависимость вызывает две основные проблемы:

1. Он устанавливает нижний предел для размера партии

Очевидно, что нормализация пакета не может использоваться, когда размер пакета равен 1, но даже немного большие размеры пакета могут вызвать проблемы. В идеале мы хотим использовать глобальное среднее значение и дисперсию для нормализации входных данных для слоя.Однако вычисление среднего значения для всего набора данных после каждого обновления сети слишком затратно. Вот почему мы, , оцениваем как среднее значение и дисперсию, используя статистику минипакетов. Тот факт, что среднее значение и дисперсия являются просто оценками, означает, что они содержат определенную ошибку и будут варьироваться от мини-партии к мини-партии. Меньшие размеры мини-партий увеличивают дисперсию этих оценок, а это означает, что мы должны быть особенно осторожны с размером партии при использовании SGD с нормализацией партии.

2. Это затрудняет применение пакетной нормализации к повторяющимся соединениям в повторяющейся нейронной сети

В рекуррентной нейронной сети периодические активации каждого временного шага будут иметь разную статистику. Это означает, что мы должны установить отдельный слой пакетной нормализации для каждого временного шага. Это усложняет модель и, что более важно, заставляет нас хранить статистику для каждого временного шага во время обучения.

Нижний предел размера пакета может быть проблемой в таких настройках, как онлайн-обучение (где отдельные примеры обрабатываются индивидуально) и обучение с подкреплением, которое очень чувствительно к шуму. Сложность применения пакетной нормализации к повторяющимся слоям — огромная проблема, учитывая, насколько широко используются повторяющиеся нейронные сети.

Учитывая, насколько мощной является нормализация, очень жаль, что пакетная нормализация не может использоваться в определенных настройках.К счастью, некоторые выдающиеся исследователи разработали альтернативы пакетной нормализации, которые решают эти проблемы. Нормализация веса и уровня — это подходы к нормализации, в которых используется статистика, не зависящая от мини-пакета. Давайте рассмотрим их подробнее.

2. Нормализация веса

Нормализация веса — это метод, разработанный Open AI, который вместо нормализации мини-пакета нормализует веса слоя .

Нормализация весов изменяет параметры весов любого слоя в нейронной сети следующим образом:

Подобно пакетной нормализации, нормализация веса не снижает выразительную мощность сети.Что он делает, так это то, что отделяет норму весового вектора от его направления . Затем он оптимизирует оба и использует градиентный спуск. Это изменение в динамике обучения упрощает оптимизацию, как я объяснил в предыдущем посте.

Преимущества

Помимо того, что среднее значение и дисперсия не зависят от партии, нормализация веса часто намного быстрее , чем нормализация партии. В сверточных нейронных сетях количество весов, как правило, намного меньше, чем количество входных данных, а это означает, что нормализация весов дешевле в вычислительном отношении по сравнению с пакетной нормализацией.Пакетная нормализация требует прохождения всех элементов ввода, что может быть чрезвычайно затратным, особенно когда размерность ввода высока, например, в случае изображений. Свертки используют один и тот же фильтр в нескольких местах, поэтому пропускание весов происходит намного быстрее.

Хотя нормализация веса сама по себе может помочь в обучении, авторы статьи предложили использовать метод, называемый «нормализация партии только по среднему», в сочетании с нормализацией веса.Этот метод аналогичен пакетной нормализации, за исключением того, что он не делит входные данные на стандартное отклонение и не масштабирует их. Хотя этот метод противодействует некоторому ускорению вычислений при нормализации веса, он дешевле, чем пакетная нормализация, поскольку не требует вычисления стандартных отклонений. Авторы утверждают, что этот метод дает следующие преимущества:

1. Это делает среднее значение активаций независимым от

.

Нормализация весов независимо не может изолировать среднее значение активаций от весов слоя, вызывая высокоуровневые зависимости между средними значениями каждого слоя.Нормализация партии «только среднее» может решить эту проблему.

2. Добавляет «более мягкий шум» к активациям

Одним из побочных эффектов пакетной нормализации является то, что она добавляет некоторый стохастический шум к активациям в результате использования зашумленных оценок, вычисленных для мини-пакетов. Это имеет эффект регуляризации в некоторых приложениях, но может быть потенциально вредным в некоторых областях, чувствительных к шуму, таких как обучение с подкреплением. Шум, вызываемый оценками среднего значения, однако, более «мягкий», поскольку закон больших чисел гарантирует, что среднее значение активаций распределено приблизительно нормально.

Экспериментальные результаты этого документа показывают, что нормализация веса в сочетании с пакетной нормализацией только на среднее дает наилучшие результаты на CIFAR-10, наборе данных классификации изображений. Подробные экспериментальные результаты см. В исходной статье.

3. Нормализация уровня

Нормализация слоев — это метод, разработанный Geoffery Hinton. По сравнению с нормализацией веса, нормализация слоя

Нормализация: новые разработки в наборах нормализации

Это вторая из серии статей, в которых собственные консультанты PRé объясняют этап процесса LCIA и то, как их собственный опыт вписывается в этот этап.Томми Понсиоэн (Tommie Ponsioen) — технический консультант PRé, обладающий опытом в методологии LCA и разработке баз данных. В этой статье объясняется нормализация, третий шаг в LCIA, и описываются новые разработки в этой области.

Почему сравнение воздействия вашего продукта со средним показателем Джо имеет смысл

Оценки воздействия на окружающую среду при оценке жизненного цикла часто представлены в единицах, которые трудно понять, например в килограммах эквивалента CO2 или CTUh. Один из способов облегчить интерпретацию таких оценок — нормализовать их: разделив ваши оценки на оценки эталонной ситуации.Этой эталонной ситуацией может быть доля одного человека — среднего Джо — во всех выбросах и использовании ресурсов в мире в течение одного года. Нормализация преобразует сложные единицы в доли баллов Джо по категории воздействия.

Баллы по изменению климата, токсичности для человека и многим другим категориям воздействия сравниваются с годовым воздействием, которое оказывает средний Джо, и выражаются в долях.

В качестве примера, чтобы проиллюстрировать, как это работает, я покажу нормализацию углеродного следа молока.Один литр молока дает около 1 кг CO2-экв. Для сравнения, глобальные выбросы парниковых газов в 2010 году составили около 7 тонн эквивалента CO2 на человека. Следовательно, один литр молока имеет влияние 1/7000 = 0,00014 человеко-год на литр. В среднем Джо выпивает около 50 литров молока в год. Следовательно, потребление молока средним Джо эквивалентно воздействию 0,007 человеко-года, или 0,7% воздействия изменения климата на среднего человека в год.

Это упражнение можно выполнить для любой категории воздействия на среднем уровне (например,грамм. коэффициенты эквивалентности) или конечного уровня (например, ущерб здоровью человека), а также для любого среднего человека на уровне страны, региона или мира.

Сравнение продуктов: еще одна веская причина для нормализации

Пример показывает, что нормализация дает представление о величине воздействия. Другая причина для проведения нормализации — это сравнение воздействия двух продуктов с методом оценки множественного воздействия. С нормализацией вы можете суммировать результаты разных категорий, потому что они имеют одну и ту же единицу.Рекомендуется присвоить каждой категории разный вес, даже если он по определению произвольный. В следующей статье этой серии, написанной Эллен Брилхейс-Мейер, мы поговорим об этом подробнее.

Простая нормализация в программном обеспечении LCA

Несколько методов оценки воздействия продукта включают один или несколько наборов нормализации на выбор в программном обеспечении LCA, каждый из которых охватывает разные регионы и годы. В таблице ниже представлен обзор.

Как видите, не все методы содержат одинаковые наборы нормализации, а некоторые наборы довольно устарели.Даже в этом случае невозможно применить наборы нормализации от одного метода к другому. Одна из проблем с этим состоит в том, что наборы нормализации рассчитываются на основе кадастров нормализации — записи всех выбросов и извлеченных ресурсов в регионе за год — которые часто относятся к конкретному методу. Поскольку охват выбросов и использования ресурсов различается в зависимости от метода, кадастры нормализации и результирующие наборы нормализации не могут применяться к другим методам.

Разрабатываются более полные инвентарные списки нормализации

Есть несколько групп ученых и консультантов, работающих над созданием более полных и точных описей нормализации.Это возможно отчасти потому, что статистика выбросов и использования ресурсов от международных организаций, таких как ООН и Европейская комиссия, становится все более полной. Новые разработки также стимулируются растущим спросом на кадастры нормализации, поскольку разрабатываются новые методы множественного воздействия и комбинируются существующие методы.

Я хочу особо отметить три разработки.

  • Недавно был опубликован новый набор нормализации для компиляции методов ILCD со ссылкой на EU27 в 2010 году.Скоро он будет доступен в программном обеспечении LCA.
  • Метод IMPACT World + с сопутствующей нормализацией скоро будет выпущен. Метод имеет характеристические факторы для большого диапазона категорий воздействия на окружающую среду на промежуточном и конечном уровнях.
  • Метод LC-IMPACT все еще находится в стадии разработки. Метод в основном основан на моделировании конечных точек, а также охватывает широкий спектр категорий воздействия на окружающую среду. Он будет включать ссылки на нормализацию на европейском и глобальном уровне

Нормализация


Это обсуждение того, как нормализовать (или стандартизировать) переменные.Цель нормализации — сделать переменные сопоставимыми с каждым Другие. Причина в том, что измерения, сделанные с использованием таких весов, измерения как номинальное, порядковое, интервальное и соотношение не являются уникальными. За Например, вы можете измерять температуру как по Фаренгейту, так и по Цельсию. Оба действительны, но они дают разные числа. Если вы хотите знать, теплее в Сиэтле или Париже в данный день, а один из них — 68 градусов по Фаренгейту и другой — 25 градусов по Цельсию, вы не можете просто сказать, что 68 больше 25, поэтому Сиэтл теплее.Вместо этого вам нужно уменьшить размеры до тех же масштабируйте, а затем сравните. Нормализация — это процесс сокращения измерений по «нейтральной» или «стандартной» шкале.

Нормализация выполняется по-разному в зависимости от уровня измерение переменных и тесно связано с уникальностью свойства уровня измерения. См. Раздаточный материал на теория измерений для получения дополнительной информации.

Переменные номинального масштаба

  • Для сравнения двух номинальных переменных, которые могут быть измерены используя разные шкалы, вы хотите «нормализовать» значения, чтобы можно увидеть, насколько хорошо они соответствуют друг другу.Нет простой метод нормализации сделать это, но это можно сделать.
    • Один подход: построить таблицу непредвиденных обстоятельств для перекрестной классификации наблюдений одна переменная против другой. Тогда, если все наблюдения попадают в данная категория или переменная-строка попадают только в одну категорию столбца, вы можете установить сопоставление 1-1 одного измерения с другой. т.е. в переменной A «2» соответствует значению «92» в переменная B
    • Более сложный подход: используйте метод, называемый анализ соответствия (в частности, вариант, называемый оптимальным масштабированием) выработать набор оценок, максимизирующих соответствие

Порядковая шкала

Объект M1 M2 M3
A 22 0 99
B 22 0 99
С 22 0 99
D 23 1 150
E 24 67 152
  • Чтобы нормализовать порядковую шкалу, вы преобразуете значения в порядок ранжирования. значения, например, нормализация каждой из приведенных выше шкал даст:

Объект M1 * М2 * M3 *
A 1 1 1
B 1 1 1
С 1 1 1
Д 2 2 2
E 3 3 3
  • Нормализуя переменные, вы можете увидеть, переменные действительно измеряют одно и то же.т.е. вы забираете числовые различия, которые являются произвольными (из-за разных измерений properties) и оставьте только различия, отражающие различия в подлежащее измерению свойство.
  • Примечание: мы обычно ставим звездочку после переменной. имя для обозначения нормализованной версии переменной

Интервальная шкала

  • Уникальность. Интервальные шкалы уникальны до линейное преобразование (Y = mX + b).В другими словами, если вы измеряете набор объектов по интервальной шкале, и затем умножьте и / или добавьте константу к каждому значению, полученные значения одинаково действительны, как и исходные значения. Это потому, что отношения интервалы между числами не зависят от линейных трансформации. Следующие размеры также действительны:
Объект M1 M2 M3 M3
A 22 32 220 230
B 22 32 220 230
С 22 32 220 230
Д 23 33 230 240
E 24 34 240 250
  • Чтобы нормализовать шкалу интервалов, вы выполняете линейное преобразование который создает нормализованную версию переменной со свойством, которое среднее значение равно нулю, а стандартное отклонение равно единице.Это линейное преобразование называется стандартизацией или сокращением до z-значений. Нормализация каждой из перечисленных выше переменных даст:
Объект M1 M2 M3 M4
A -75 -.75 -75 -75
B -,75 -,75 -,75 -,75
С -,75 -,75 -,75 -,75
Д 0,50 0,50 0.50 0,50
E 1,75 1,75 1,75 1,75
  • Обратите внимание, что все значения одинаковы — это означает, что все четыре столбца — это просто линейные преобразования друг друга и следовательно, с точки зрения масштабирования интервалов, скажем точно так же вещь.
  • Обратите внимание на то, что стандартизованные значения можно интерпретировать как (стандартные) отклонения от среднего.D чуть выше среднего из всех объектов по этой переменной, в то время как E немного выше среднего.

Масштаб отношения

  • Уникальность. Шкалы отношений уникальны до конгруэнтности или преобразование пропорциональности (Y = mX). Другими словами, если вы измеряете набор объектов по шкале соотношений, а затем умножьте каждое значение на константа, результирующие значения так же действительны, как и исходные ценности.Это потому, что соотношение интервалов между числами не затрагиваются преобразованиями конгруэнтности. Размеры M1, M2 и M3 являются одинаково действительными мерами данного свойства объекта, но M4 — это не измеряет то же самое:
Объект M1 M2 M3 M4
A 22 220 11 12
B 22 220 11 12
С 22 220 11 12
Д 23 230 11.5 13
E 24 240 12 14
  • Чтобы нормализовать шкалу соотношений, вы выполняете определенную «конгруэнтность» или «сходство» преобразование, которое создает нормализованную версию переменной с свойство, что длина вектора равна 1 (т.е.е., евклидова или Норма L2 равна 1.0). Другими словами, чтобы нормализовать масштабированный переменной, мы делим каждое значение переменной на квадратный корень суммы квадратов всех исходных значений. Нормализация каждой из перечисленных выше переменных доходность:
Объект M1 M2 M3 M4
А 0.44 0,44 0,44 0,43
B 0,44 0,44 0,44 0,43
С 0,44 0,44 0,44 0,43
D 0,45 0,45 0.45 0,46
E 0,47 0,47 0,47 0,50
  • Обратите внимание, что все значения, кроме последнего столбца, одинаковы — это указывает, что первые три столбца просто перекалиброваны (в соотношении смысл) друг друга и, следовательно, измерять одно и то же. В последний столбец отличается, что указывает на то, что он что-то измеряет еще.
  • Обратите внимание, что другие способы нормализации достигают того же цель сделать различные измерения сопоставимыми. Так что мы могли просто разделите каждый столбец на сумму столбца, создав новую переменную, значения прибавляются к 1. Это позволяет интерпретировать измененные значения как пропорции или доли целого. Это не обычный способ, но он работает отлично.

Шкала разницы (также известная как аддитивная шкала)

  • Уникальность.Аддитивные весы уникальны до «перевода» преобразование (Y = X + b). Другими словами, если вы измеряете набор объектов в аддитивной шкале, а затем добавьте константа для каждого значения, результирующие значения столь же действительны, как и исходные ценности. Это связано с тем, что интервалы между значениями не зависят от переводческие преобразования. Измерения M1 и M2 являются одинаково действительными мерами данного свойства объекта, но M3 — это не измеряет то же самое:
Объект M1 M2 M3
A 22 12 11
B 22 12 11
С 22 12 11
Д 23 13 11.5
E 25 15 12
  • Чтобы нормализовать аддитивную шкалу, вы выполняете определенное преобразование перевода, которое создает нормализованную версию переменной с свойство, что среднее значение преобразованного вектора равно 0. Для этого мы просто вычитаем среднее из исходных значений. Нормализация каждой из перечисленных выше переменных доходность:
Объект M1 M2 M3
А -0.8 -0,8 -0,3
B -0,8 -0,8 -0,3
С -0,8 -0,8 -0,3
D 0,2 0,2 0,2
E 2,2 2.2 0,7
  • Обратите внимание, что все значения, кроме последнего столбца, одинаковы — это указывает, что первые два столбца — это просто изменение масштаба друг друга и, следовательно, в точности то же самое. В последний столбец отличается, что указывает на то, что он что-то измеряет еще.
  • Обратите внимание, что другие способы нормализации достигают того же цель сделать различные измерения сопоставимыми.Так что мы могли просто вычесть сумму столбца из каждого значения

Абсолютная шкала

  • Уникальность. Абсолютные весы уникальны до индивидуальности преобразование (Y = X). Другими словами, они совершенно уникальны и никакое (нетривиальное) преобразование чисел недопустимо.
  • Вследствие их уникальности, нет нормализации абсолютных переменные необходимы (и не существуют).

Advanced GANs — Изучение методов нормализации для обучения GAN: самовнимание и спектральная норма

Введение

В последнее время большое внимание привлекают генеративные модели. Многое из этого исходит от генерирующих состязательных сетей (GAN). Сети GAN, изобретенные Гудфеллоу и др., Представляют собой структуру, в которой два игрока соревнуются друг с другом. Оба участника, генератор G и дискриминатор D, представлены аппроксиматорами функций.Причем в игре они играют разные роли.

Учитывая обучающие данные D , последовательность , генератор создает выборки как попытку имитировать те же самые вероятностные распределения, что и последовательность D .

Дискриминатор, с другой стороны, является обычным двоичным классификатором. У него две основные работы. Во-первых, он классифицирует, поступают ли полученные входные данные из истинного распределения данных (D поезд ) или из распределения генератора. Кроме того, D также направляет G для создания более реалистичных образцов, передавая G его градиенты.Фактически, получение градиентов из D — единственный способ G оптимизировать свои параметры.

В этой игре G принимает случайный шум в качестве входных данных и генерирует образец изображения G sample . Этот образец разработан для максимизации вероятности совершения D ошибок, поскольку он исходит из реального обучающего набора D train .

Во время обучения D получает половину времени изображений из обучающего набора D train , а другую половину изображений из генераторной сети — G sample .Дискриминатор обучен, чтобы максимизировать вероятность присвоения правильной метки класса как для реальных изображений (из обучающего набора), так и для поддельных образцов (из G). В конце концов, есть надежда, что игра найдет равновесие — равновесие по Нэшу.

В этой ситуации Генератор захватит распределение вероятностей данных. А дискриминатор, в свою очередь, не сможет отличить настоящие образцы от поддельных.

За последние несколько лет

GAN использовались во множестве различных приложений.Некоторые из них включают в себя: создание синтетических данных, искажение изображений, полу-контролируемое обучение, сверхвысокое разрешение, создание текста в изображение и многое другое.

Однако большая часть недавних работ по GAN сосредоточена на разработке методов стабилизации обучения. Действительно, известно, что сети GAN нестабильны (во время обучения) и очень чувствительны к выбору гиперпараметров.

В этом контексте в этой статье представлен обзор двух подходящих методов улучшения GAN. В частности, мы стремимся описать новейшие методы улучшения качества образцов генератора.Для этого мы обращаемся к двум методам, рассмотренным в недавней статье: Состязательные сети, генерирующие самовнимание.

Весь код, разработанный с помощью API выполнения Tensorflow Eager, доступен здесь.

1NF, 2NF, 3NF и BCNF в базе данных

Автор: Чайтанья Сингх | В папке: СУБД

Нормализация — это процесс организации данных в базе данных, чтобы избежать избыточности данных, аномалий вставки, аномалий обновления и аномалий удаления. Давайте сначала обсудим аномалии, а затем обсудим нормальные формы с примерами.

Аномалии в СУБД

Есть три типа аномалий, которые возникают, когда база данных не нормализована. Это — аномалия вставки, обновления и удаления. Давайте рассмотрим пример, чтобы понять это.

Пример : Предположим, производственная компания хранит сведения о сотруднике в таблице с именем employee, которая имеет четыре атрибута: emp_id для хранения идентификатора сотрудника, emp_name для хранения имени сотрудника, emp_address для хранения адреса сотрудника и emp_dept для хранения сведений об отделе, в котором сотрудник работает.В какой-то момент таблица выглядит так:

emp_id emp_name emp_address emp_dept
101 Рик Дели D001
101 Рик Дели D002
123 Мэгги Агра D890
166 Гленн Ченнаи D900
166 Гленн Ченнаи D004

Приведенная выше таблица не нормализована.Мы увидим проблемы, с которыми мы сталкиваемся, когда таблица не нормализована.

Обновление аномалии : В приведенной выше таблице у нас есть две строки для сотрудника Рика, так как он принадлежит к двум отделам компании. Если мы хотим обновить адрес Рика, мы должны обновить его в двух строках, иначе данные станут несовместимыми. Если каким-то образом правильный адрес будет обновлен в одном отделе, но не в другом, то, согласно базе данных, у Рика будет два разных адреса, что неверно и приведет к несогласованным данным.

Вставить аномалию : предположим, что в компанию присоединяется новый сотрудник, который проходит обучение и в настоящее время не закреплен за каким-либо отделом, тогда мы не сможем вставить данные в таблицу, если поле emp_dept не допускает пустых значений.

Удалить аномалию : Предположим, если в какой-то момент компания закроет отдел D890, то удаление строк, которые имеют emp_dept как D890, также приведет к удалению информации о сотруднице Мэгги, поскольку она назначена только этому отделу.

Чтобы преодолеть эти аномалии, нам необходимо нормализовать данные. В следующем разделе мы обсудим нормализацию.

Нормализация

Вот наиболее часто используемые нормальные формы:

  • Первая нормальная форма (1НФ)
  • Вторая нормальная форма (2НФ)
  • Третья нормальная форма (3НФ)
  • Нормальная форма Бойса и Кодда (BCNF)

Первая нормальная форма (1НФ)

Согласно правилу первой нормальной формы атрибут (столбец) таблицы не может содержать несколько значений.Он должен содержать только атомарные значения.

Пример : Предположим, компания хочет сохранить имена и контактные данные своих сотрудников. Он создает таблицу, которая выглядит так:

emp_id emp_name emp_address emp_mobile
101 Гершель Нью-Дели 8912312390
102 Джон Канпур 8812121212

9

2222

103 Рон Ченнаи 7778881212
104 Лестер Бангалор 99

123

8123450987

Два сотрудника (Джон и Лестер) имеют два мобильных номера, поэтому компания сохранила их в том же поле, как вы можете видеть в таблице выше.

Эта таблица не в 1NF , поскольку правило гласит, что «каждый атрибут таблицы должен иметь атомарные (одиночные) значения», значения emp_mobile для сотрудников Джон и Лестер нарушают это правило.

Чтобы таблица соответствовала 1НФ, у нас должны быть такие данные:

emp_id emp_name emp_address emp_mobile
101 Гершель Нью-Дели 8912312390
102 Джон Канпур 8812121212
102 Джон Канпур 9
2222
103 Рон Ченнаи 7778881212

Методы нормализации, реализованные в edgeR

Обновлено 15 марта 2018 г.

Короткий пост о различных методах нормализации, реализованных в edgeR; чтобы увидеть методы нормализации, введите:

# установить при необходимости
источник ("http: // bioconductor.org / biocLite.R ")
biocLite ("edgeR")
библиотека (edgeR)
? calcNormFactors
 

Из документации:

method = ”TMM” — это взвешенное усеченное среднее M-значений (для ссылки), предложенное Робинсоном и Ошлаком (2010), где веса взяты из дельта-метода для биномиальных данных. Если refColumn не указан, используется библиотека, верхний квартиль которой ближе всего к среднему верхнему квартилю.

method = ”RLE” — это метод масштабного коэффициента, предложенный Андерсом и Хубером (2010).Мы называем это «относительным логарифмическим выражением», поскольку медианная библиотека рассчитывается из среднего геометрического всех столбцов, а медианное отношение каждой выборки к медианной библиотеке принимается в качестве масштабного коэффициента.

Метод

= «верхний квартиль» — это метод нормализации верхнего квартиля Булларда и др. (2010), в котором масштабные коэффициенты рассчитываются из 75% квантиля подсчетов для каждой библиотеки после удаления транскриптов, которые равны нулю во всех библиотеках. Эта идея обобщена здесь, чтобы позволить масштабирование по любому квантилю распределений.

Если method = «none», то коэффициенты нормализации устанавливаются на 1.

Для симметрии коэффициенты нормализации настраиваются так, чтобы они умножались на 1. Эффективный размер библиотеки — это исходный размер библиотеки, умноженный на коэффициент масштабирования.

Обратите внимание, что строки с нулевым счетчиком для всех столбцов обрезаются перед вычислением коэффициентов нормализации. Следовательно, строки со всеми нулевыми счетчиками не влияют на оценочные факторы.

Тестовый набор данных

Я создал набор данных для тестирования различных методов нормализации.Всего четыре образца; первый и второй столбцы — это контрольная группа, а третий и четвертый столбцы — пациенты. Во всех четырех образцах есть 25 стенограмм в равном количестве. Еще 25 транскриптов — это , только присутствует в контроле, и их экспрессия такая же, как у первых 25 транскриптов в контроле. Четыре образца имеют одинаковую глубину (500 отсчетов). Однако, поскольку образцы пациентов имеют вдвое меньшее количество транскриптов, чем контрольные (25 против 50), их секвенируют с вдвое большей глубиной.Эта гипотетическая ситуация описана у Робинсона и Ошлака.

#prepare example
control_1 <- rep (10, 50)
control_2 <- rep (10, 50)
пациент_1 <- c (повтор (20, 25), повтор (0,25))
пациент_2 <- c (повтор (20, 25), повтор (0,25))

df <- data.frame (c1 = control_1,
                 c2 = control_2,
                 p1 = пациент_1,
                 p2 = пациент_2)

голова (df)
  c1 c2 p1 p2
1 10 10 20 20
2 10 10 20 20
3 10 10 20 20
4 10 10 20 20
5 10 10 20 20
6 10 10 20 20

хвост (df)
   c1 c2 p1 p2
45 10 10 0 0
46 10 10 0 0
47 10 10 0 0
48 10 10 0 0
49 10 10 0 0
50 10 10 0 0

# равная глубина
colSums (df)
 c1 c2 p1 p2
500 500 500 500
 

Без нормализации

Давайте запустим анализ дифференциального выражения без какого-либо шага нормализации:

# загрузить библиотеку
библиотека (edgeR)

# создать вектор группы
группа <- c ('контроль', 'контроль', 'пациент', 'пациент')

#create объект DGEList
d <- DGEList (counts = df, group = group)

# проверить объект DGEList
d
Ан о 
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *