فرایند نرماله کردن در فورجینگ

نرماله کردن

هنگامی که آهنگری ها قبل از کربوریزه شدن یا قبل از سخت شدن و تمپر کردن نرماله می شوند، از محدوده بالایی دمای نرماله سازی استفاده می شود. با این حال، زمانی که نرماله کردن عملیات حرارتی نهایی است، از محدوده دماهای پایین تر استفاده می شود.

کوره ها

هر کوره با اندازه مناسب ممکن است برای نرماله کردن استفاده شود. نوع و اندازه کوره به عواملی بستگی دارد. در یک کوره پیوسته، نمونه های  آهنگری‌ که باید نرمال شوند، معمولاً در تشتک‌های کم عمق قرار می‌گیرند و یک مکانیزم فشاری در انتهای بارگیری کوره، تشت‌ها را از طریق کوره منتقل می‌کند. مشعل های کوره که در دو طرف کوره در زیر اجاق قرار دارند، آتش می گیرند و محصولات احتراق در امتداد دیواره های عایق صدا بالا می روند و به سمت سقف کوره می روند.

از کنترل کننده جو استفاده نمی شود. محصولات احتراق از طریق درگاه هایی که دو طرف کل اجاق را پوشانده اند وارد منطقه کار می شوند. یک کوره معمولی 9 متر (30 فوت) طول دارد و دارای 18 مشعل گازی (یا 9 مشعل نفت) در هر طرف است. برای اهداف کنترل دما، چنین کوره ای به سه ناحیه 3 متری (10 فوت) تقسیم می شود که هر یک دارای یک ترموکوپل عمودی است که از طریق سقف کوره به داخل آن امتداد می یابد.

پردازش

نمونه های آهنگری کوچک معمولاً همانطور که دریافت می شوند نرماله می شوند. یک کوره معمولی دارای پنج تشت در هر یک از سه منطقه کوره است. گرمایش به گونه ای تنظیم می شود که قطعه کار به دمای نرماله در آخرین منطقه برسد. پس از عبور از آخرین منطقه، تشت ها بر روی یک نوار نقاله خنک کننده تخلیه می شوند. قطعه کار، در حالی که هنوز در تابه است، در هوای ساکن تا دمای زیر 480 درجه سانتیگراد (900 درجه فارنهایت) خنک می شود.

سپس آن را در جعبه های حمل و نقل تخلیه می کنند، جایی که تا دمای اتاق خنک می شود. مجموع زمان کوره تقریباً 5/3 ساعت است، اما در این مدت قطعه کار در دمای نرماله فقط برای 1 ساعت نگه داشته می شود. نرماله سازی فورجینگ های قالب باز بزرگ معمولاً در کوره های دسته ای انجام می شود که به صورت پیرومتریک تا محدوده دمایی خاصی کنترل می شوند. نمونه های آهنگری به اندازه کافی در دمای نرماله نگه داشته می شوند تا اجازه دهند آستنیته شدن کامل و محلول کاربید رخ دهد (معمولاً یک ساعت در هر اینچ ضخامت مقطع)، و سپس در هوای ساکن سرد می شوند.

 آهنگری شفت

در آهنگری یک شفت ساخته شده از فولاد ریزدانه، تنها یک انتهای میله آهنگری گرم شد تا قسمت فلنج چرخ را تشکیل دهد. هنگامی که قطعه در مقطع از انتهای فلنج تا انتهای سرد مورد بررسی قرار گرفت، شرایط متالورژیکی مورد بحث در زیر آشکار شد. ناحیه فلنجی داغ محور به دلیل کار داغ در دمای آهنگری (تقریباً 1095 درجه سانتیگراد یا 2000 درجه فارنهایت) ساختار ریزدانه ای را نشان داد. با این حال، بخش مجاور فلنج، که همچنین تا دمای آهنگری گرم شده بود، اما گرم کار نشده بود، ساختار دانه درشتی را نشان داد. نزدیک‌تر به انتهای سرد شفت، ناحیه‌ای که به دمای حدود ۷۰۵ درجه سانتی‌گراد (۱۳۰۰ درجه فارنهایت) رسیده بود، ساختار کروی‌ای را نشان می‌داد.

انتهای سرد شفت اندازه دانه ریز اولیه خود را در طول عملیات آهنگری حفظ کرد. در عملیات بعدی، این شفت قرار بود به صورت مکانیکی صاف، ماشینکاری و به صورت القایی سخت شود. به دلیل ساختار دانه مخلوط، این عملیات مشکلات متعددی را ایجاد کرد. ناحیه درشت دانه مجاور فلنج در جهت عرضی بسیار ضعیف بود و در صورت انجام عملیات صاف کردن شدید این بخش، احتمال شکستگی وجود داشت.

ناحیه کروی شده به سختی القایی به اندازه کافی پاسخ نمی دهد زیرا سرعت محلول این نوع تشکیل کاربید برای سرعت نسبتاً سریع گرمایش القایی بسیار کند بود. علاوه بر این، ساختار متالورژیکی مخلوط مشکلاتی را در ماشین‌کاری ایجاد می‌کند. در نتیجه، قبل از صاف کردن، ماشینکاری و سخت شدن القایی، به منظور ایجاد یک ساختار ریزدانه یکنواخت در سراسر محور محور، نرمال سازی مورد نیاز بود.

آهنگری فولاد کم کربن

برخلاف شافت محور با کربن متوسط که در پاراگراف های قبل مورد بحث قرار گرفت، نمونه های آهنگری ساخته شده از فولادهای کربنی حاوی 0.25% C یا کمتر به ندرت نرماله می شوند. فقط کوئنچ کردن شدید از بالای دمای آستنیته تأثیر قابل توجهی بر ساختار یا سختی آنها خواهد داشت.

پایداری ساختار

نرماله و تمپر کردن نیز یک عملیات ترجیحی برای ارتقای پایداری ساختاری آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت ، مانند AMS 6304 (0.45٪ C، 1٪ Cr، 0.5٪ Mo، و 0.3٪ V)، در دماهای تا  540 درجه سانتی گراد است. چرخ‌ها و حلقه‌های فاصله‌دهنده مورد استفاده در انتهای سرد کمپرسورهای موتور توربین گازی هواپیما، نمونه‌ای از قطعاتی هستند که برای ارتقای پایداری ساختاری تحت چنین عملیاتی قرار می‌گیرند.

 عملیات نرماله سازی چند مرحله

برای به دست آوردن محلول کامل همه اجزای با دمای پایین در آستنیت با استفاده از دمای نرمال کننده اولیه بالا (به عنوان مثال 925 درجه سانتیگراد یا 1700 درجه فارنهایت) و برای پالایش اندازه دانه پرلیت نهایی با استفاده از یک عملیات نرماله سازی دوم در دمایی نزدیک به دمای Ac3 (به عنوان مثال، 815 درجه سانتیگراد، یا 1500 درجه فارنهایت) بدون از بین بردن اثرات مفید عملیات نرماله سازس اولیه می توان از عملیات نرماله سازی چندگانه استفاده کرد.

نرمال سازی مضاعف معمولاً برای فولادهای کربنی و کم آلیاژی با ابعاد بزرگ که در آن دماهای آهنگری بسیار بالا استفاده شده است، اعمال می شود. آهنگری های شفت لوکوموتیو ساخته شده از فولاد کربنی مطابق با مشخصات انجمن راه آهن آمریکا (AAR) M-126، کلاس F (ASTM A 236، کلاس F)، حاوی 0.45 تا 0.59٪ C و 0.60 تا 0.90٪ منگنز، برای به دست آوردن یک ساختار دانه ریز یکنواخت همراه با سایر الزامات دقیق مکانیکی دو برابر نرمال می شوند. نمونه آهنگری ساخته شده از فولاد کم کربن (0.18٪ C) با 1٪ منگنز در نظر گرفته شده برای سرویس در دمای پایین، دو برابر نرمال شده است تا نیازهای ضربه زیر صفر را برآورده کند.