نرماله کردن فولاد

فولاد یکی از پرکاربردترین فلزات صنعتی است که تقریبا در تمامی زمینه ها کاربرد دارد. با صنعتی شدن جوامع و افزایش میزان ساخت و ساز و نیز تولیدات صنعتی از جمله وسایل حمل و نقل، تولید تجهیزات پزشکی، تولید خطوط راه آهن و … میزان مصرف آن روز به روز در حال افزایش است. قابل بازیافت بودن فولاد و انرژی کمی که برای تولید آن نیاز است و نیز نقش آن در تولید، اقتصاد و صنعتی شدن جوامع همه باعث محبوبیت این فلز پرمصرف شده است. تا آنجایی که تولید و مصرف فولاد امروزه، یکی از شاخص های اصلی توسعه یافتگی کشورها و جوامع به شمار می رود.

 نرمالیزه کردن فولاد چیست؟

یکی از انواع عملیات حرارتی نرماله کردن ( به انگلیسی : Normalizing) می باشد که به منظور اصلاح ساختار قطعات فولادی استفاده می شود. نرمالیزه کردن با ایجاد تغییر در خواص شیمیایی، مکانیکی مانند استحکام، سختی و کاهش انعطاف پذیری و متالوژیکی فولاد ، آن را برای مصارف گوناگون بهینه سازی می کند. به گونه ای که نمونه های نرمالیزه نشده ممکن است در شرایط کاری خوب عمل نکند و خسارات جبران ناپذیری را به وجود آورد.

هدف از فرآیند نرماله کردن فولاد، در واقع ریزدانه کردن فولاد، افزایش سختی و یکنواخت کردن ساختار آن است. به گونه ای که بعد از اتمام کار عملیات نرماله کردن، در فولاد یک ساختار دانه ای ریز با خواصی معین شکل می گیرد. فرآیند نرماله کردن یعنی حرارت دادن به فولاد در درجه های حرارتی پایین و به این صورت است که ابتدا قطعه فولادی را حرارت می ‌دهند و سپس اجازه می دهند در هوای آزاد (در دمای اتاق یا هوای ساکن) به آرامی سرد شود. این درجه حرارتی دمای 50 درجه سانتی گراد و بالاتر از A3 است. در دمایی بالاتر از این میزان ، فولاد دانه‌ درشت تر خواهد شد و از خواص آن کاسته می‌ شود. فولاد را تحت این درجه حرارت تا زمانی گرما می ‌دهند که ساختار فولاد به آستنیت تبدیل شود. در عملیات حرارتی نرماله کردن ، با توجه به ترکیب شیمیایی فولاد مورد نظر، ترکیبی از پرلیت و سمنتیت یا پرلیت و فرلیت وجود دارد. در طی روند عملیات حرارتی نرماله کردن، ناهمواری ‌ها و تنش‌ های داخلی در قطعه مورد نظر، تعدیل می ‌شود. بنابراین در مواردی که هدف ما سخت کردن قطعاتی باشد که دارای دانه های درشت هستند نرماله کردن به عنوان یک عملیات حرارتی اولیه جهت ریز کردن دانه ها استفاده می شود. همچنین  قطعاتی را که بعد از تولید در ساختار آنها خواص مکانیکی نامناسب ایجاد می شود را می توان با کمک عمل نرمالیزه کردن، درست کرد و ساختار نامناسب آنها را از بین برد.

عملیات نرماله کردن بسیار مهم می باشد زیرا پایه ی یک عملیات حرارتی برای انجام عملیات حرارتی بعدی است. به وسیله نرمالیزه کردن می توان تمام تغییراتی را که در نتیجه عملیات قبلی بر روی فولاد در ساختار دانه ای و در خواص معین ظاهر گشته است بر طرف کرد.

مزایای نرمالایزینگ کردن فولاد

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

محدودیت های فرآیند نرماله کردن

همان طور که گفتیم، قطعات حرارت دیده در هوای آزاد سرد می شوند. نقاط مختلف یک قطعه با توجه به شکل هندسی و ضخامت آن در مقاطع مختلف با آهنگ‌های متفاوتی سرد می‌شوند.در نتیجه انتظار می رود که سرعت سرد شدن نقاط مختلف یک قطعه با آهنگ های سرد متفاوت باشد. منظور از آهنگ سرد شدن، سرعت سرد شدن قطعه یا مقدار حرارتی که باید از داخل قطعه به خارج هدایت شود می باشد. بنابراین اگر قطعه حجیم باشد، آهنگ سرد شدن قطعه کمتر خواهد بود و باید زمان بیشتری صرف شود تا دمای قسمت مرکزی آن افت پیداکند. پس 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 حرارتی در آن شود.

نکته ای که باید به آن توجه کرد این است که قطعات با شکل ‌های پیچیده یا خیلی بزرگ برای عملیات نرماله کردن زیاد مناسب نیستند. زیرا وقتی که قطعه مورد نظر از نظر اندازه خیلی بزرگ باشد، در هنگام سرد کردن، سطح آن به ‌سرعت سرد شده و شکل می ‌گیرد؛ در حالی ‌که هنوز مغز آن سرد نشده است. وقتی مغز قطعه می ‌خواهد از فاز γ به α تبدیل و سرد شود تمایل به افزایش حجم دارد که این موضوع هم امکان‌ پذیر نیست؛ زیرا سطح قطعه کاملاً شکل گرفته و فضایی برای افزایش حجم مغز قطعه وجود ندارد، در نتیجه باعث به وجود آمدن تنش در قطعه می ‌شود. در نتیجه در قطعات حجیم بهتر است از عملیات نرماله کردن استفاده نشود.

نکته دیگری که حائز اهمیت است این است که در 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 نیز، عملیات حرارتی نرمالیزه کردن پیشنهاد نمی شود!

جمع بندی

روش های متفاوتی برای بهبود کیفیت فولاد وجود دارد که نرمالیزه کردن یکی از آنها می باشد. نرماله کردن فولاد هم می‌ تواند به‌ عنوان عملیات نهایی انجام ‌شده روی فولاد باشد و هم مقدمه ‌ای برای عملیات بعدی باشد. معمولاً از فرآیند نرماله کردن برای فولادهایی استفاده می ‌شود که در معرض ماشین ‌کاری قرار خواهند گرفت، زیرا نرماله کردن فولاد خاصیت ماشین ‌کاری فولاد را افزایش می ‌دهد.