نرماله کردن (Normalizing) فولاد دقیقا چه عملیاتی است؟

به منظور اصلاح ساختار قطعات فولادی از نرماله کردن یا نرمالینگ (Normalizing) استفاده می‌شود. نرماله کردن از جمله روش‌های رایج عملیات حرارتی فولادها می‌باشد. نمونه عملیات حرارتی نشده ممکن است در شرایط کاری خوب عمل نکند و خسارات جبران ناپذیری را به وجود آورد. در ادامه این مقاله با نرمالینگ و کاربردهای قطعات فولادی بیشتر آشنا خواهید شد.

عملیات حرارتی (heat treatment) چیست؟

تولید کنندگان، ماده اولیه فولادی را با روش‌های مختلفی به قطعه صنعتی تبدیل می‌کنند. در هر کدام از روش‌های تولید مثل فورج، ساختار ماده دچار تغییر و تحول می‌شود. برخی از تنش‌هایی که در طول فرایند تولید به قطعه اعمال می‌گردد، درون ماده باقی می‌ماند. این تنش‌های باقی مانده با قرارگرفتن در معرض نیروهای مختلف، می‌تواند منجر به ایجاد ترک و در نهایت شکست قطعه شود. در مقاله انواع عملیات حرارتی با انواع این عملیات آشنا شوید.

علاوه‌بر آن، ممکن است خواص قطعه تولیدی به گونه‌ای باشد که با خواص مورد نظر ما یکسان نباشد. راه کار مناسب برای برطرف کردن تمامی ایرادات مطرح شده، استفاده از heat treatment است. به مجموعه فرایندهی  حرارت دادن، نگهداشتن در دمای بالا و سپس سرد کردن قطعه، عملیات حرارتی می‌گویند. از آن جا که دما، زمان نگهداری و روش سرد کردن‌ می‌تواند مختلف باشد، با انواع روش‌های عملیات حرارتی رو به رو هستیم. نرماله کردن یا نرمالینگ نیز یکی از چندین روش رایج برای اصلاح ساختار ماده است. در ادامه با این روش عملیات حرارتی بیشتر آشنا خواهید شد.

استحاله یوتکتوئید

پیش از ورود به بحث نرماله کردن ، باید با استحاله یوتکتوئید آشنا شوید. همان‌طور که در دیاگرام فازی آهن کربن مشاهده کردید، یک استحاله برای فولاد ۰.۸ درصد کربن در دمای ۷۲۳ درجه سانتی‌گراد رخ می‌دهد. طی این فرایند، که یوتکتوئید نام دارد، آستنیت به فریت و سمانتیت تبدیل می‌شود. فولاد ۰.۸ درصد کربن، به فولاد یوتکتوئیدی معروف است. بر این اساس به فولادهای با کربن بیشتر از ۰.۸ درصد، هایپریوتکتوئید و به فولادهای با کربن کمتر از ۰.۸ درصد، هیپویوتکتوئید می‌گویند.

نرمالینگ یا نرماله کردن چیست؟

نرماله کردن قطعه شامل فرایند آستنیته کردن و سپس سرد کردن می‌شود. برای آستنیته کردن بایستی نمونه فولادی را تا دمای بالاتر از تبلور ماده حرارت داد. دمای تبلور یا بلوری شدن فولاد، دمایی است که در آن مذاب فولاد به بلور جامد تبدیل می‌شود و برعکس. برای ایجاد ساختار آستنیتی، بایستی نمونه مدت زمانی را در کوره سپری کند. پس از گذشت این زمان، نمونه فولادی در مجاورت هوا سرد می‌شود.

از آنجا که ترکیب شیمیایی آلیاژ فولاد به درصد کربن سازنده وابسته است، بنابراین ساختار نمونه‌های فولادی مختلف در پایان عمليات حرارتی با هم متفاوت خواهد بود. مطابق با آنچه در بالا مطرح کردیم، فولادها به سه گروه هیپویوتکتوئید، یوتکتوئید و هایپریوتکتوئید تقسیم بندی می‌شوند. پس  سرد شدن این سه گروه آلیاژ در هوا ساختار نهایی به ترتیب به صورت فریت – پرلیت، پرلیت و پرلیت – سمنتیت می‌باشد.

کاربرد نرماله کردن

هدف از نرماله کردن قطعات فولادی علاوه‌ بر افزایش سختی، تعدیل کردن ساختار ماده است. نرماله کردن برای بهبود ساختار قطعات، پس از نورد مورد استفاده قرار می‌گیرد. دانه‌های ماده در جهت نورد کشیده می‌شود. هم‌چنین بهبود دندریت‌های تشکیل شده پس از انجماد غیر تعادلی قطعات ریخته‌گری نیز به کمک نرمالینگ صورت می‌گیرد.

اغلب قطعاتی که تولید می‌شوند، جزئیات و ضخامت‌های مختلفی دارند. سرعت سرد شدن در ضخامت‌های مختلف، متفاوت است. این مسئله در قطعات تولیدی با روش فورج بسیار تکرار می‌شود. ریز ساختارهای حاصل اغلب یکنواخت نبوده و بر خواص قطعه تاثیرگذار است. نرماله کردن پس تولید قطعه با آهنگری، به متعادل ساختن ساختار کمک می‌کند.

تفاوت عمليات حرارتی نرمالینگ و آنیلینگ

اصول عمليات حرارتی نرمالینگ و آنیلینگ کاملا مشابه هم هستند. با وجود شباهت‌ها، تفاوت‌های این دو روش، باعث بروز خواص‌های متفاوت می‌شود. تفاوت قطعات فولادی عملیات حرارتی شده با این دو روش به صورت زیر است:

1. اولین و اصلی‌ترین تفاوت عملیات حرارتی نرمالینگ و آنیلینگ، سرعت سرد کردن است. همان طور که در مقاله آنیلینگ مطالعه کردید، سرد کردن قطعه فولادی در داخل کوره انجام می‌شود. سرعت سرد شدن در هوا از داخل کوره بیشتر می‌باشد. این مسئله باعث بیشتر شدن سختی نهایی قطعه نرمال شده در برابر قطعه آنیل شده می‌شود. در حقیقت در سرعت‌های سرد شدن بالا، دانه‌ها اجازه‌ی رشد نخواهند داشت. بنابراین ساختار نهایی روش آنیلینگ در مقایسه با روش نرمالینگ، نرم‌تر و منعطف‌تر خواهد بود.
2. نرماله کردن فولاد هیپویوتکتوئید در مقایسه با آنیلینگ در دمای بالاتری انجام می‌شود. به همین دلیل ساختار آستنیت و توزیع عناصر آلیاژی در مقایسه با آنیلینگ یکنواخت‌تر خواهد بود. دمای بالا برای فولادهای هیپویوتکتوئید باعث آستنیتی شدن بیشتر فریت و برای فولادهای هایپریوتکتوئید، باعث شکسته شدن کاربیدها و رسوب آن ها در مرز دانه می‌شود.
3. برخلاف آنیلینگ، عملیات حرارتی نرمالینگ برای بهبود ساختار قطعاتی که با کار گرم و ریخته‌گری به وجود می‌آیند، کاربرد دارد. همان‌طور که پیش از این مطرح شد، آنیلینگ برای از بین بردن تنش‌های باقی مانده در اثر کار سرد استفاده می‌شود.
4. نرمالینگ همیشه آخرین فرایندی نیست که بر روی نمونه انجام می‌گیرد. در صورتی که بخواهیم سختی قطعه فولادی افزایش پیدا کند، ابتدا دانه‌های ساختار را با نرماله کردن ریز می‌کنیم.
5. بخش‌های مختلف نمونه‌ای که در هوا سرد می‌شود، سرعت سرد شدن متفاوتی دارند. هم چنین ابعاد قطعه نیز در آهنگ سرد شدن تاثیر دارد. این مسئله می تواند در بعضی موارد مطلوب نباشد. تفاوت سرعت سرد شدن در قطعات بزرگ، باعث به وجود آمدن تنش‌های حرارتی می‌شود. هم‌چنین استفاده از این روش برای عملیات حرارتی قطعات با ابعاد ریز و نازک، باعث به وجود آمدن ساختار مارتنزیت به جای پرلیت می‌شود. مارتنزیت یک ساختار غیر تعادلی است که در سرعت‌های سرد شدن بالا به وجود می‌آید.

در این مقاله تلاش کردیم تا شما با نرمالینگ یا نرماله کردن فولاد به طور کامل آشنا شوید. به نظر شما چه نکته‌ای دیگر در مورد نرمالینگ باقی مانده‌است؟ نظر خود را در بخش کامنت با ما به اشتراک بگذارید. عملیات حرارتی از آخرین فرایندهایی است که بر روی قطعات تولیدی اعمال می‌شود.  مقاطع اولیه فولادی معمولا به عملیات حرارتی نیازی ندارند. در صورت نیاز به آگاهی از قیمت هر گونه مقطع فولادی مثل قیمت ورق، می‌توانید با مشاوران ما تماس حاصل فرمایید. آیرومارت به عنوان تامین کننده تمامی مقاطع فولادی، آماده پاسخ گویی می‌باشد.