آیا تا به حال به این فکر کرده اید که فرایند نرماله کردن چه تاثیری بر خواص قطعات فورج شده دارد؟ فرایند نرماله کردن یک عملیات حرارتی مهم است که در قطعات آهنگری برای بهبود و یکنواخت شدن ساختار مورد استفاده قرار می گیرد. در انتخاب متریال مناسب برای چنین قطعاتی، علاوه بر قابلیت عملیات حرارتی و خواص مکانیکی، بررسی قیمت فولاد عملیات حرارتی نیز در برآورد هزینه تامین اهمیت دارد. در این مقاله به بررسی جزئیات این فرآیند در فورجینگ می پردازیم.
نرمالهکردن
نرمالهکردن یکی از مراحل مهم در فرایندهای حرارتی قطعات آهنگری است. زمانی که قطعات قبل از کربوریزهکردن یا سختکاری و تمپرینگ تحت نرمالهکردن قرار میگیرند، از محدوده دمایی بالاتر استفاده میشود. اما هنگامی که نرمالهکردن بهعنوان عملیات حرارتی نهایی انجام شود، دامنه دمایی پایینتر به کار گرفته میشود.
کورهها
هر کورهٔ مناسب میتواند برای نرمالهکردن استفاده شود و انتخاب نوع و اندازه کوره به شرایط قطعه و فرآیند بستگی دارد.
در کورههای پیوسته، قطعات آهنگری در تشتکهای کمعمق قرار میگیرند و با مکانیزم فشاردهنده از داخل کوره عبور داده میشوند. مشعلهای دوطرفه زیر بستر کوره قرار دارند و محصولات احتراق پس از حرکت در فضای عایق، به سمت سقف کوره هدایت میشوند.
در این فرآیند، کنترل جو خاص مورد استفاده قرار نمیگیرد و گازهای حاصل از احتراق از طریق کانالهای طرفین وارد منطقه کاری میشوند. کورهای به طول 9 متر معمولاً دارای 18 مشعل گازی (یا 9 مشعل نفتی) در هر طرف است. برای کنترل دمای دقیق، این کوره به سه ناحیهٔ سهمتری تقسیم میشود که هر کدام مجهز به یک ترموکوپل عمودی از سقف هستند.
پردازش
نمونههای کوچک آهنگری معمولاً همانگونه که دریافت میشوند، نرماله میگردند. یک کوره معمولی دارای پنج تشت در هر منطقه حرارتی است. حرارت بهگونهای تنظیم میشود که قطعه در آخرین منطقه به دمای نرماله برسد. سپس تشتها بر روی نوار نقالهٔ خنککننده تخلیه میشوند «در فرایند نرماله کردن فولاد، پس از خروج از کوره، قطعات در هوای ساکن تا دمای محیط خنک میشوند (Cooling in Still Air).»
در نهایت قطعات در جعبه های حمل و نقل قرار می گیرند تا تا دمای محیط خنک شوند. در یک سیکل نمونه، مجموع زمان حضور در کوره می تواند حدود 3.5 ساعت باشد که بخشی از آن به نگهداری قطعه در دمای نرماله اختصاص دارد. زمان دقیق این مرحله به نوع فولاد، ابعاد قطعه و شرایط فرآیند بستگی دارد.
در مورد قطعات بزرگ و حجیم، نرمالهکردن معمولاً در کورههای دستهای انجام میشود و معمولاً به ازای هر 1 اینچ ضخامت مقطع، حدود یک ساعت نگهداری در دمای نرماله لازم است.
آهنگری شفت
در آهنگری شفتهای فولاد ریزدانه، تنها انتهای میله گرم و شکلدهی میشود. بررسی مقطع از ناحیه فلنج تا انتهای سرد شفت، تفاوت ساختارهای متالورژیکی را بهخوبی نشان میدهد:
-
ناحیه نزدیک فلنج که در دمای آهنگری (حدود 1095 درجه سانتیگراد) و تحت کار گرم بوده، ساختار ریزدانه دارد.
-
ناحیه مجاور که گرم شده ولی تحت کار مکانیکی نبوده، دانههای درشت را نشان میدهد.
-
بخشهای سردتر ساختار کرویشده دارند و این ساختار برای سختکاری القایی مناسب نیست.
بههمین دلیل پیش از صافکاری، ماشینکاری و سختکاری القایی، نرمالهکردن برای ایجاد ساختار ریزدانه یکنواخت ضروری است.
آهنگری فولاد کمکربن
برخلاف شفتهای کربن متوسط، نمونههای ساختهشده از فولادهای با کمتر از 0.25٪ کربن بهندرت نرماله میشوند؛ زیرا تنها کوئنچ شدید از دمای آستنیت میتواند تغییر قابلتوجهی در ساختار و سختی آنها ایجاد کند.
پایداری ساختاری
عملیات نرمالهکردن و تمپرینگ برای بهبود پایداری ساختاری آلیاژهای مقاوم به حرارت مانند AMS 6304 در دماهای تا 540 درجه سانتیگراد کاربرد دارد. این عملیات در ساخت قطعاتی مانند چرخها و فاصلهدهندههای سرد کمپرسور موتورهای توربین گازی هواپیما بهکار میرود.
عملیات نرمالهسازی چندمرحلهای
برای دستیابی به محلول کامل فازها در آستنیت و پالایش ساختار نهایی، گاهی نرمالهکردن بهصورت دو مرحلهای انجام میشود:
-
مرحله اول در دمای بالا (مثلاً 925°C)
-
مرحله دوم در دمای نزدیک Ac3 (مثلاً 50 تا 70 °C)
این روش برای قطعات بزرگ فولادی یا قطعات آهنگری با دمای آهنگری بالا استفاده میشود تا یکنواختی ساختار تضمین گردد.
استانداردهای نرمالهکردن فورجینگها
ASTM
-
A105 : الزامات نرمالهسازی برای فولادهای کربنی.
ISO
-
ISO 683-1: فولادهای ویژه برای آهنگری با الزامات نرمالهسازی
EN
-
EN 10083-1: مشخصات نرمالهسازی فولادهای آلیاژی و غیرآلیاژی
-
EN 10250-2: الزامات عملیات حرارتی برای فولادهای آهنگری و ریختهگری
ASME
-
SA-105: الزامات نرمالهسازی فولادهای کربنی
نقش نرمالهکردن در بهبود خواص فلزات
نرمالهکردن، با ایجاد ساختار ریزدانه و یکنواخت، استحکام، تافنس و پایداری قطعات فلزی را بهبود میبخشد. انتخاب صحیح دما و زمان در این فرآیند، نقشی تعیینکننده در کیفیت نهایی قطعه دارد و در تولید شفتها و قطعات مقاوم به حرارت اهمیت ویژهای دارد.
