نرماله کردن (Normalizing)

عملیات حرارتی مجموعه روش هایی است که به جهت اصلاح خواص فیزیکی، مکانیکی و یا حتی شیمیایی قطعات بر روی آن ها انجام می شود. در واقع هدف ار عملیات حرارتی تشکیل ساختارهای تعادلی است که بتواند پاسخگوی خواص مورد نیاز قطعه در شرایط کاری مناسب باشد. به همین منظور روش هایی مثل کروی کردن، آنیل، نرماله، کروی کردن، عملیات شیمیایی مثل کربن دهی ، نیتروژن دهی، بوردهی و بسیاری از روش های سخت کاری طراحی شده اند که بدون شک شما به عنوان مهندس متالورژ تا حدودی با آن ها آشنایی دارید. در این مقاله قصد داریم شما را با یکی از این روش ها که نرماله کردن یا نرمالیزه کردن نام دارند، آشنا کنیم.

منظور از نرماله کردن فولاد چیست؟

عملیات حرارتی نرماله تا حدود زیادی مشابه عملیات حرارتی آنیل (بازپخت) است. بنابراین انتظار می رود که ریزساختار قطعه مشابه عملیات آنیلینگ باشد. در این روش همانند روش بازپخت، قطعه تا گستره دمایی آستنیته کردن گرم و مجددا سرد می شود. بنابراین با توجه به نوع فولاد، ریزساختار نهایی ترکیبی از پرلیت و فریت یا پرلیت و سمنتیت خواهد بود. با این وجود، تفاوت های مهمی بین روش آنیل و نرماله وجود دارد که در ادامه به آن می پردازیم.

تفاوت های آنیل و نرماله در چیست؟

اگر نمودار عملیات حرارتی بالا را به دقت مشاهده کرده باشید، تا حدی به تفاوت این دو روش پی خواهید برد. در عملیات نرماله کردن، قطعه تا دمایی بالاتر از دمای آنیل حرارت داده می شود. برای فولادهای هیپویوتکتوئید، این کار باعث می شود که فریت بیشتری به آستنیت تبدیل شود. در نتیجه ساختار آسنتیت یکنواخت تر شده و توزیع عناصر آلیاژی آن بهتر انجام می گیرد.

اما برای فولادهای هایپر یوتکتوئید، بالا بردن دما باعث شکستن کاربیدهای سختی می شود که به صورت پیوسته در مرز دانه ها رسوب کرده اند. مشخص است که شکستن این شبکه پیوسته کاربیدی و تشکیل کاربیدهای کروی به دمای بالایی نسبت به روش آنیل نیاز دارد! بنابراین برای فولادهای هایپریوتکتوئید، بالا بردن دما باعث حلالیت بیشتر کاربیدها و عناصر آلیاژی و یکنواخت تر شدن ترکیب شیمیایی می شود.

اما در هنگام سرد کردن، فولادهای نرماله در هوا سرد می شوند، در حالی که در عملیات آنیل معمولا از کوره برای سرد کردن استفاده می‌شود. این کار باعث می شود که با افزایش سرعت سرد کردن، رشد دانه ها کمتر شده و فولاد ریزدانه تری حاصل شود.

خواص مکانیکی فولادهای نرماله

با توجه به این که فولاد نرماله شده، دانه بندی ریزتری نسبت به فولاد آنیل شده دارد، باید انتظار فولادی مستحکم تر نسبت به فولاد آنیل شده داشته باشیم. اما در مقابل انعطاف پذیری این فولادها پایین تر خواهد بود. گرچه سرعت سرد شدن بالاتر باعث نمی شود که استحکام فولادهای نرماله در حد ساختارهای غیر تعادلی مانند مارتنزیت یا بینیت باشند، اما در مواقعی که هدف سخت کردن فولادهای درشت دانه باشد (همانند فولادهایی که ریخته گری شده و یا در دمای بالا کار گرم شده اند)، نرمالیزه کردن می تواند به عنوان عملیات حرارتی نهایی استفاده شود.

محدودیت های نرمالیزه کردن

با توجه به این که قطعات نرماله شده در هوا سرد می شوند، انتظار می رود که سرعت سرد شدن نقاط مختلف قطعه متفاوت باشد. این مساله باعث ایجاد دو مشکل بزرگ می شود:

• قطعاتی که بسیار بزرگ و حجیم باشند، آهنگ سرد شدن نقاط بیرونی و درونی آن ها بسیار متفاوت خواهد بود. با توجه به این که آهنگ سرد شدن سطح قطعه بسیار بیشتر از مغز آن است، درون قطعه تنش های حرارتی به وجود خواهد آمد.
• قطعاتی که کوچک و نازک هستند، سرعت سرد شدن بالا می تواند به جای تشکیل ساختارهای تعادلی فریت و پرلیت، ساختارهای غیر تعادلی مارتنزیت و بینیت ایجاد کند. این مساله در مورد فولادهای آلیاژی بیشتر مشاهده می شود. بنابراین برای این فولادها، عملیات حرارتی نرمالیزه کردن پیشنهاد نمی شود!

نرماله کردن چه کاربردهایی دارد؟

در طول عملیات آهنگری (فورجینگ) به علت تفاوت در نرخ سرد شدن بخش های مختلف قطعه که ضخامت متفاوتی دارند، ریزساختارهای متفاوتی ایجاد می شود. با استفاده از عملیات نرمالیزه، می توان تا حدود زیادی ریزساختار را یکتواخت کرد.

برای فولادهای ریخته گری شده، عملیات حرارتی نرماله می تواند تغییر در ساختارهای درشت دانه و دندریت هایی ایجاد کند که در طول عملیات ریخته گری و انجماد غیر تعادلی به وجود آمده اند.

در طول عملیات نورد، دانه ها در جهت نورد بیشتر کشیده می شوند که باعث نامتقارن شدن خواص مکانیکی قطعه می شود. نرمالیزه کردن تا حد زیادی ساختار قطعه و دانه بندی آن را یکنواخت می کند.

فیلم آموزشی عملیات حرارتی نرماله

گلعذار؛ محمد علی . (۱۳۸۵) . اصول و کاربرد عملیات حرارتی فولادها . اصفهان: مرکز نشر دانشگاه صنعتی اصفهان