عملیات نرماله کردن فولاد

  • نویسنده: حامیران
  • تاریخ و ساعت: 1396/04/22 - 09:48

یکی از انواع عملیات حرارتی نرماله کردن می باشد. نرماله کردن یعنی حرارت دادن به فولاد در درجه های حرارتی پایین. در این کار به فولاد آنقدر حرارت کم می دهند که فرایند تبدیل شدن به آستینیت کامل شود. در این مرحله اقدام به سرد کردن فولاد خارج از کوره می کنند.این کار در یک دمای اتاق یا هوای ساکن انجام می شود. بعد از اتمام کار عملیات نرماله کردن، در فولاد یک ساختار دانه ای ریز با خواصی معین شکل می گیرد. عملیات نرماله کردن بسیار مهم می باشد زیرا پایه ی یک عملیات حرارتی برای انجام عملیات حرارتی بعدی است. علت مهم بودن عملیات نرماله کردن این است که توسط نرماله کردن می توان تمام تغیراتی که در نتیجه عملیات قبلی بر روی فولاد در ساختار دانه ای و در خواص معین ظاهر گشته است را بر طرف کرد.

در حین انجام عملیات نرماله کردن،  مهم ترین موردی که بر درجه حرارت تبدیل آستنیت و ریزی پرلیت تاثیر خواهد گذاشت، سرعت سرد کردن است. این سرعت سرد کردن رابطه ای معکوس با درجه حرارت دارد. زیرا با افزایش سرعت سرد کردن، درجه ی حرارت تبدیل آستنیت پاینتر و پرلیت ریزتر خواهد شد. قطعاتی را که بعد از تولید در ساختار آنها خواص میکانیکی نامناسب ایجاد می شود را می توان با کمک عمل نرمالیزه کردن، درست کرد و ساختار نامناسب آنها را از بین برد.

یک دسته از فولاد هاهستند که قابلیت خوبی را برای انجام عملیات براده برداری دارند. این فولاد ها دارای دانه های درشتی هستند که تردی کمتری دارند. برای به دست آوردن این دانه های درشت فولاد، آنها را در درجه حرارت نرمالیزه کردن در ناحیه γ حرارت داده و سپس بطور آهسته اقدام به  سرد کردن آن می کنند.

 

مزایای نرمالایزینگ کردن فولاد:

بالا بردن میزان انعطاف پذیری

یکنواخت کردن ریز ساختار

ریز کردن دانه ها

افزایش قابلیت ماشینکاری

یکنواخت کردن بیشتر عناصر آلیاژی

 

دمای نرمالایز، محدوده دمایی 50 درجه بیشتر از دمای آستنیته است. زیرا اگر بالاتر از آن باشد باعث درشت شدن دانه های فولاد شده و کاهش خواص فولاد را به همراه دارد.که این درشت شدن برخلاف هدفی است که روش نرمالایز دراد.زیرا هدف نرمالایز ریز کردن دانه های فولاد است.

–  وقتی که قطعات بزرگ را سرد می کنند سطح آن به سرع سرد شده اما مغز آن هنوز در دمای بالا وجود دارد و هنگامی که مغز آن سرد می شود و می خواهد از فاز γ به α تبدیل شود جسم تمایل دارد تا حجمش افزایش بیابد اما به دلیل اینکه سطح آن کاملأ شکل گرفته نمیتواند حجمش افزایش یافته و باعث ایجاد تنش در داخل قطعه می شود ، به همین دلیل عملیات نرماله کردن برای قطعات خیلی بزرگ پیشنهاد نمی شود.

در شرایطی که در نرماله کردن فولاد های هیپویوتکتویید محدوده  دمایی آستنیته کردن بالاتر از محدوده دمایی مربوط به آنیل است، ساختار آستنیت و همچنین توزیع عناصر آلیاژی از یکنواختی بالاتری برخوردار خواهد بود. یکی دیگر از اهداف مهم نرماله کردن عبارت است از ریز کردن دانه‌ های درشتی که معمولا موقع کارگرم در دمای بالا و یا در ضمن ریخته گری و انجماد به وجود آمده‌ اند. وقتی که قطعه کارگرم یا ریخته گری شده با دانه‌های درشت در دمایی بین دمای Ac3 و Ac1 قرار بگیرد، دانه‌ های جدید آستنیت جوانه زده و رشد می کنند. در حالی که دمای آستنیته کردن به محدوده دمایی نشان داده شده در شکل زیر محدود شود، آستنیتی با ساختار همگن و دانه‌ های ریز به وجود می آید. حرارت دادن در دماهای بیشتر از محدوده دمایی یاد شده ممکن است موجب درشت شدن دانه‌ ها شود. بنابراین درعملیات نرماله کردن فولادهای هیپویوتکتویید، ابتدا آستنیتی با ساختار همگن و دانه‌های ریز به وجود می‌آید و سپس در اثر سرد شدن در هوا به فریت و پرلیت تبدیل می‌شود. از نظر خواص مکانیکی، میکروساختار حاصل از نرماله کردن می‌تواند در برخی موارد به عنوان عملیات حرارتی نهایی منظور شود. در مواردی که هدف سخت کردن قطعاتی باشد که دارای دانه‌ های درشت هستند، نرماله کردن به عنوان عملیات حرارتی اولیه جهت ریز کردن دانه‌ها استفاده می‌شود.

برای نرمالایز کردن فولادهای هایپریوتکتویید از گستره دمایی بین خط Acm و حدود ۵۰ درجه سانتیگراد بیشتر از آن استفاده می‌شود. انتخاب این محدوده دمایی به منظور ریز کردن دانه‌های آستنیت، انحلال کاربید های راسب شده و همچنین شکسته شدن شبکه پیوسته کاربیدی که احتمالا در ضمن عملیات قبلی در مرز دانه‌ ها به وجود آمده‌ اند، است. از آنجایی که در نرماله کردن قطعات از دمایی بالاتر از Acm در هوا سرد می شوند، ممکن است باعث تشکیل مجدد شبکه پیوسته کاربید در مرز دانه‌ های آستنیت وجود دارد. در این صورت میکروساختار حاصل ممکن است تا حدودی فولاد را ترد و شکننده کند. اگر قرار باشد که این فولاد سخت شود، در ضمن آستنیته شدن مجدد (به منظور سخت کردن) شبکه پیوسته کاربید شکسته شده و ذرات مجتمع و کروی کاربید به دست می آید.

 

به دلیل اینکه در نرماله کردن قطعات در هوا سرد می‌شوند، میکرو ساختارهای به دست آمده اختلاف بسیاری  با میکرو ساختارهای حاصل از آنیل دارند. در نمودار تغییرات دما بر حسب زمان  (شکل اول) گستره‌ های دمایی مربوط به دگرگونی آستنیت به مخلوط فریت و پرلیت را برای فولاد هیپویوتکتویید در عملیات آنیل و نرماله کردن نشان می دهد. در شرایطی که در نرماله کردن فریت و پرلیت در دمایی پایین و با آهنگی بالاتر از آنیل کردن تشکیل می‌شوند، اندازه دانه‌های فریت و سمنتیت و فاصله بین لایه‌ای پرلیت هر دو کم می شوند. بنابراین، در مقایسه با خواص حاصل از فرایند آنیل، استحکام و سختی زیاد شده و انعطاف پذیری تا حدودی کم می شود. 

برای سرد کردن قطعات در هوا در حین انجام نرماله کردن باید به نکاتی توجه داشت. از جمله این نکات سرد شدن نقاط مختلف یک قطعه با آهنگ های سرد متفاوت می باشد. بدین منظور که اگر قطعه حجیم تر باشد، آهنگ سرد شدن قطعه کمتر خواهد بود. موردی که ذکر شد مربوط به به مقدار حرارتی که باید از داخل قطعه به خارج هدایت شود می باشد. به عبارت دیگر می توان گفت اگر قطعه حجیم تر باشد باید زمان بیشتری صرف شود تا دمای قسمت مرکزی آن افت پیداکند

از اثر ابعاد قطعه بر روی آهنگ سرد شدن، دو نتیجه مهم استنتاج می شود؛ اول، در مقاطع خیلی بزرگ آهنگ سرد شدن سطح قطعه ممکن است به طور قابل ملاحظه‌ای بیشتر از ناحیه داخلی باشد و در نتیجه باعث ایجاد تنش در آن شود. دوم اینکه در قطعات خیلی کوچک، به خصوص در مورد فولاد های آلیاژی، سرد شدن در هوا ممکن است منجر به تشکیل بینیت و یا حتی مارتنزیت به جای مخلوط فریت و پرلیت شود. باتوجه به این نکته توصیه می‌شود که عملیات نرماله کردن بر روی فولادهای آلیاژی اعمال نشود.

  

برای فولاد گرم نوردیده شده                                            TS=27+56Cp

برای فولاد آهنگری شده                                                 TS=27+50Cp

برای فولاد ریخته گری شده                                            TS=27+48Cp

 

در اینجا Cp که به مجموع پتانسیل‌ های کربن (Carbon Potentials) موسوم است از رابطه زیر به دست می آید:

همان گونه که از معادله‌های فوق مشخص است، اثر اندازه و ابعاد قطعه در استحکام کششی در نظر گرفته نشده است.

به کانال رسمی حامیران در تلگرام بپیوندید