عملیات نرماله کردن فولاد

نرماله کردن یکی از انواع عملیات حرارتی بوده که به معنای حرارت دادن به فولاد در درجه های حرارتی پایین است. برای انجام عملیات نرماله کردن فولاد تا جایی که که فرآیند تبدیل شدن به آستینیت کامل شود تحت حرارت پایین قرار می گیرد، سپس مراحل سرد کردن فولاد خارج از کوره ، در 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 به وجود می آید. نرماله کردن بسیار مهم می باشد زیرا مقدمه ای برای انجام عملیات حرارتی بعدی است.

علت اهمیت عملیات نرماله کردن این است که با استفاده از آن می توان تمام تغیراتی که در نتیجه عملیات قبلی بر روی فولاد در ساختار دانه ای همراه با 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 به آستنیت پایین‌تر و پرلیت ریزتر خواهد شد. قطعاتی را که بعد از تولید در ساختار آن‌ها خواص مکانیکی نامناسب ایجاد می شود را می توان با کمک عمل نرمالیزه کردن، اصلاح کرد و ساختار نامناسب آنها را از بین برد.

دسته ای از فولادها از هستند که قابلیت خوبی را برای انجام عملیات براده برداری دارند. این فولاد ها دانه های درشتی با تردد کمتری به همراه 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 چیست؟

• بالا بردن میزان انعطاف پذیری
• یکنواخت کردن ریز ساختار
• ریز کردن دانه ها
• افزایش قابلیت ماشین کاری
• یکنواخت کردن بیشتر عناصر آلیاژی

اهداف نرماله کردن

محدوده دمایی نرمالایز، 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. این درشت شدن برخلاف هدفی است که روش نرمالایز دارد، چرا که هدف نرمالایز ریز کردن دانه های فولاد است.

وقتی که قطعات بزرگ را سرد می کنند سطح آن به سرعت سرد شده اما مغز آن هنوز در دمای بالا قرار دارد، 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 کاملا شکل گرفته حجم تغییری نکرده و در داخل قطعه تنش ایجاد می گردد، به همین دلیل عملیات نرماله کردن برای قطعات خیلی بزرگ پیشنهاد نمی شود.

در شرایطی که در نرماله کردن فولادهای هیپویوتکتویید محدوده دمایی آستنیته کردن بالاتر از محدوده دمایی مربوط به آنیل است، ساختار آستنیت و همچنین توزیع عناصر آلیاژی از یکنواختی بالاتری برخوردار خواهند 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 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 در عملیات 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.

نرمالایز کردن فولادهای هایپریوتکتویید

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 شود.

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 جهت اینکه در نرماله کردن قطعات در هوا، سرد می‌شوند، میکرو ساختارهای به دست آمده اختلاف بسیاری با میکرو ساختارهای حاصل از آنیل دارند.

در شرایطی که در نرماله کردن فریت و پرلیت در دمایی پایین و با آهنگی بالاتر از آنیل کردن تشکیل ‌شوند، 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.

سرد کردن قطعات هنگام نرمالیزه کردن

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 پیدا کند.

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.