فرآیند نرماله
یکی از مهم‌ترین فرآیندهای عملیات حرارتی روی فولاد بوده که به منظور بهبود خواص مکانیکی و ساختاری قطعه همچون یکنواختی ساختار، ریزدانه‌سازی، افزایش سختی و استحکام و نیز کاهش نسبی انعطافپذیری انجام میشود. این فرآیند به ویژه برای قطعاتی که پس از عملیات‌هایی مانند نورد، جوشکاری یا فورج دچار تغییر ساختار شده‌اند، بسیار کاربرد دارد.
سیکل حرارتی این فرآیند به صورت حرارت‌دهی تا 50 درجه سانتی‌گراد بالاتر از دمای آستنیته‌شدن، نگهداری در آن دما طی مدت مشخص برای دستیابی به ساختار کاملاً آستنیتی و در نهایت سردسازی آرام در هوا می‌باشد. این سردکردن آرام موجب استحاله آستنیت به پرلیت و فریت شده و یک ساختار ریزدانه‌تر و یکنواخت به دست می‌آید. باید توجه شود که دمای آستنیته‌شدن و نگهداری بسته به نوع و ضخامت فولاد، متفاوت خواهد بود. به طوری که هر چه ضخامت فولاد بیشتر باشد، سرعت خنک‌سازی متناسب با آن موردنیاز است تا انتقال حرارت رخ داده و در مرکز قطعه نیز افت دما اتفاق بیفتد.
ساختار نهایی پس ازعملیات حرارتی، پرلیت ریز خواهد بود که بر اساس ترکیب شیمیایی فولاد و درصد کربن، همراه این پرلیت ریز، فریت و سمنتیت نیز مشاهده میشود. فرآیند نرماله‌سازی به عنوان عملیات نهایی برای رفع عیوب حاصل از عملیات‌های قبلی و یا فرآیند آغازی جهت ریزداته کردن و سپس انجام سخت‌کاری یا آنیل مورد استفاده می‌باشد.
لازم به ذکر است که فرآیند نرماله برای عملیات حرارتی قطعات خیلی پیچیده یا حجیم و یا فولادهای آلیاژی مناسب نیست. زیرا از طرفی در مقاطع حجیم، سرعت سردشدن سطح بیشتر از بالک بوده و منجر به ایجاد تنش در آن میشود. از طرف دیگر، فولادهای آلیاژی اگر در هوا سرد شوند، سخت شده و به جای پرلیت ریز، ساختار مارتنزیتی یا بینیتی به وجود می‌آید.
نرماله کردن در شرکت سخت‌افزا بسته نوع و ابعاد فلز، خواص مکانیکی موردنیاز و هزینه، درون دو محیط مختلف هوا و هوای فشرده صورت می‌گیرد. در حالت اول، قطعه فلزی در معرض هوای آزاد همانگونه که شرح داده شد، سرد میشود. در حالی‌که در نوع دیگر، قطعه در محیطی با فشار بالاتر از فشار اتمسفر قرار گرفته که با تنظیم فشار و دبی هوا، می‌توان سرعت خنک‌سازی را کنترل نمود. در صورت استفاده از هوای فشرده به دلیل تجهیزات پیچیده‌تر، به هزینه‌های عملیاتی بیشتر نیاز است. از هوای آزاد برای فلزاتی که حساسیت کمتری به تغییرات اتمسفر استفاده می‌شودف در صورتی که از هوای فشرده به منظور عملیات قطعات حساس همچون فولاد آلیاژی بهره برده شده است.
تفاوت عملیات آنیل و نرماله‌سازی
علاوه بر شباهت‌های زیاد این دو فرآیند، تفاوت‌های اساسی با یکدیگر دارند.
- دمای حرارت‌دهی (آستنیته کردن) در فرآیند نرماله کردن بالاتر از آنیل می‌باشد.
- در فرآیند آنیل، فولاد درون کوره سرد میشود ولی در نرماله کردن، سردسازی در هوای آزاد و خارج از کوره انجام می‌گیرد.
- قطعه حاصل از عملیات حرارتی نرماله کردن ریزدانه‌تر بوده که همین امر موجب افزایش استحکام بیشتری نسبت به آنیل خواهد شد.
- انعطافپذیری فولاد نرماله شده در مقایسه با فولاد آنیل شده، کمتر است.
- عملیات نرماله‌سازی برای بهبود ساختاری قطعاتی که تحت فرآیندهایی مثل نورد بوده‌اند، مورد استفاده است ولی از آنیل کردن به منظور از بین بردن تنشهای حاصل از نورد سرد استفاده میشود.
مزایا و هدف از نرماله کردن
- افزایش انعطافپذیری
- حذف تنشهای داخلی و ایجاد ساختاری یکنواخت در سراسر قطعه
- کاهش اندازه دانه‌های آستنیت و افزایش استحکام و چقرمگی
- بهبود خواص مکانیکی از جمله افزایش سختی، استحکام کششی و مقاومت به سایش
- بهبود قابلیت ماشینکاری
- آماده‌سازی برای عملیات حرارتی بعدی مانند سخت‌کاری و تمپر
کاربردهای نرماله کردن
این عملیات در قطعات نورد شده به منظور بهبود خواص سطحی و کاهش زبری سطح، در قطعات جوشکاری‌شده برای یکنواخت کردن ساختار در ناحیه جوش و کاهش تنشهای ناشی از جوشکاری، در قطعات فورج برای بهبود خواص مکانیکی و حذف تنشهای ناشی از فورج و در ماشین‌آلات و صنعت خودرو که نیاز به استحکام و چقرمگی بالا دارند، مورد استفاده است.
مرجع
- Heat Treatment and Properties of Iron and Steel, T. G. Digges and S. J. Rosenberg.
