نرمالیزه کردن فولادی چیست؟ معرفی فرایند نرماله کردن فولاد
تعریف نرماله کردن فولاد ؟
نرماله کردن فولاد یک فرآیند حرارتی است که از آن برای ایجاد تغییرات در خواص مکانیکی و سختی فولاد استفاده می‌شود. که این کار سبب بهینه شدن فولاد برای مصارف مختلف می شود. در فرایند نرماله کردن، فولاد تحت یک دمای حرارتی پایین قرار می گیرد و سپس به آرامی با قرار گرفتن در معرض هوای آزاد خنک می‌شود، این کار باعث حذف تنش‌های داخلی و تخلخل‌های درون ساختار فولاد می شود.
فولاد، ترکیبی از دو عنصر اصلی آلیاژ آهن و کربن است. سطح خواص مکانیکی فولاد، از جمله سختی و مقاومت در برابر خستگی، به طور مستقیم به ساختار آن وابسته است. ساختار فولاد شامل دو عنصر اصلی است؛ فاز آستنیت و فاز فروزایشی (نرمالیزه نشده). فاز آستنیت، که در دمای بالا شکل می‌گیرد، ساختاری متجانس و خنثی دارد، در حالی که فاز فروزایشی ساختاری غیر متجانس و حاوی تنش‌های داخلی و تخلخل‌های درونی است.
هدف اصلی از نرماله کردن فولاد
هدف اصلی از نرمال‌کردن فولاد، یکنواخت سازی ساختار فولاد و ریزدانه کردن فولاد می باشد. با اجرای این فرآیند، فولاد در درجه حرارت پایین، حرارت می بیند(محدود حرارت 50 درجه سانتی گراد ) تا فاز آستنیت شکل گیرد. سپس، با خنک شدن آرام فولاد در هوای آزاد، ساختار آن به صورت متجانسی تغییر می‌کند و تنش‌ها و تخلخل‌ها حذف می‌شوند. به عبارت دیگر، ساختار فولاد به صورت منظم‌تر و خنثی‌تر تبدیل می‌شود.
از نرمال‌کردن فولاد عموماً برای بهبود خواص مکانیکی و افزایش انعطاف پذیری آن استفاده می‌شود. با حذف تنش‌های داخلی و تخلخل‌های درونی، سختی فولاد بهبود می‌یابد. همچنین، نرمال‌کردن می‌تواند به تسهیل در فرآیندهای بعدی مانند تشکیل شکل، حرارت‌درمانی‌های دیگر و جوشکاری کمک کند.
نرمال‌کردن فولاد به صورت عمده در صنایع مختلفی مانند صنایع خودروسازی، ساختمان سازی، صنایع دریایی و صنایع نفت و گاز استفاده می‌شود. این فرآیند به عنوان یکی از مراحل مهم در تولید و فرآوری فولاد، نقش بسیار مهمی در بهبود و تکامل کردن خواص مکانیکی آن دارد.
مزایای فرآیند نرمالیزاسیون فولاد
سبب یکنواختی قطعه فولادی می شود.
باعث ایجاد خاصیت ریزدانگی در فولاد می شود.
بهبود قابلیت های ماشین کاری و افزایش سختی فولاد می شود.
منعطف پذیر تر شدن قطعه فولادی می شود.
فرایند نرمالینگ فولاد
فرایند نرماله کردن فولاد در سه مرحله صورت می پذیرد که عبارتند از :
- ریکاوری: در مرحله ی ریکاوری برای اینکه از تنش ها داخلی فولاد کاسته شده و دمای آن بالا باشد از هر گونه وسایل حرارتی برای بالا بردن دمای فولاد استفاده می شود.
- تبلور مجدد: در این مرحله فولاد تا دمای بالاتر از دمای تبلور مجدد و دمای کمتر از دمای ذوب گرم می شود تا ریز دانه هایی جدیدی تشکیل شوند.
- رشد دانه: در این مرحله خنک سازی فولاد با قرار گرفتن در معرض هوا صورت پذیرفته که این امر سبب می شود تا ریز دانه های فولاد به طور کامل رشد کنند
مراحل نرمال‌کردن فولاد چگونه صورت می پذیرد ؟
- گرمایش: در این مرحله، قطعات فولادی تحت دمای نسبتا بالا قرار می‌گیرند. این دما، بالاتر از دمای آستنیتیزه شدن فولاد است و باعث تشکیل فاز آستنیت در ساختار فولاد می‌شود.
- نگهداری در دمای گرمایش: بعد از رسیدن فولاد به دمای مورد نیاز، قطعات فولادی در این دما نگهداری می‌شوند تا حرارت به صورت یکنواخت در سراسر ساختار فولاد توزیع شود و فاز آستنیت شکل گیرد.
- خنک کردن آرام: پس از نگهداری در دمای گرمایش، فولاد به آرامی خنک می‌شود. این خنک کردن آرام می‌تواند به روش‌های مختلفی صورت گیرد، از جمله خنک کردن در هوای محیط، زیر آب، یا استفاده از سیالات خنک‌کننده خاص مانند روغن‌های خنک کننده.
- نرمال‌کردن: پس از خنک کردن، ساختار فولاد تغییر می‌کند و به صورت منظم‌تر و خنثی‌تر تبدیل می‌شود. تنش‌ها و تخلخل‌های درونی حذف می‌شوند و ساختار فولاد به صورت متجانسی تقویت می‌شود.
با انجام مراحل فوق، فولاد نرمال‌شده می‌تواند خواصی بهبود یافته داشته باشد، از جمله سختی، مقاومت در برابر خستگی، مقاومت در برابر خمش و شکست، و استحکام عملکرد در شرایط مختلف.در نتیجه، نرمال‌کردن فولاد یک فرآیند حرارتی مهم است که بهبود خواص مکانیکی فولاد را ایجاد می‌کند و در صنایع مختلف برای تولید قطعات فولادی چون ورق های فولادی با خواص موردنیاز استفاده می‌شود.
تاثیرات نرمال‌کردن فولاد
- حذف تنش‌های داخلی: در فولاد، پس از عملیات شکل‌دهی و حرارت‌درمانی‌های قبلی، تنش‌های داخلی تشکیل می‌شود که ممکن است باعث ضعیف شدن ساختار فولاد و حتی ترک خوردگی‌های غیرقابل رویت شود. نرمال‌کردن برای حذف این تنش‌ها و استحکام‌بخشی به ساختار استفاده می‌شود.
- بهبود خواص مکانیکی: نرمال‌کردن فولاد باعث بهبود سختی، مقاومت و استحکام آن می‌شود. این عملیات می‌تواند خواص مکانیکی فولاد را بهبود بخشد و آن را مناسب برای استفاده در برنامه‌های مختلفی از جمله صنعت خودروسازی، ساخت سازه‌ها و ابزارهای برش و خم کننده قرار دهد.
- بهبود سختی و مقاومت: نرمال‌کردن باعث بهبود سختی و مقاومت فولاد می‌شود. با حذف تنش‌های داخلی و تخلخل‌ها در ساختار فولاد، سختی و مقاومت آن افزایش می‌یابد و خواص مکانیکی بهبود می‌یابد.
- بهبود مقاومت در برابر خستگی: فولاد پس از استفاده مکرر و تحت تنش‌های متناوب، ممکن است به خستگی و کاهش مقاومت در برابر خمش و شکست بیشتر دچار شود. نرمال‌کردن فولاد می‌تواند مقاومت آن در برابر خستگی را بهبود بخشد.
- تاثیرات ساختاری: نرمال‌کردن فولاد می‌تواند ساختار فولاد را تغییر دهد. با تشکیل فاز آستنیت و تبدیل به فاز‌های مارتنزیت یا باینیت، ساختار فولاد تغییر می‌کند و خواص مکانیکی و فیزیکی آن تحت تأثیر قرار می‌گیرد.
- بهبود عملکرد در شرایط مختلف: نرمال‌کردن فولاد باعث افزایش استحکام عملکرد آن در شرایط مختلف می‌شود، از جمله در دماهای بالا و پایین، محیط‌های خورنده، و شرایط آب و هوایی متفاوت.
شباهت و تفاوت فرایند نرمالینگ و آنیلینگ
با اینکه فرآیند های نرماله کردن و آنیل کردن فولاد هر دو جزء روش های حرارتی محسوب می شوند، و نسبت به هم دارای شباهت هایی هستند. که می توان به موارد زیر اشاره کرد:
شباهت های نرماله کردن و آنیل کردن فولاد
*هر دو فلز تا دمای مشخصی حرارت داده می شوند.
*فرایند خنک سازی در هر دو به آرامی صورت می پذیرد.
* تقریبا بعد از هر دو عملیات ریز ساختار انعطاف پذیر در آن ها صورت می پذیرد.
فرایند های آنیل کردن و نرماله کردن با اینکه دارای شباهت هایی هستند اما نسبت به هم تفاوت هایی نیز دارند که می توان به موارد زیر اشاره کرد:
تفاوت فرایند نرمالینگ و آنیلینگ
*فرایند خنک سازی در آنیلینگ یا بازپخت با دمای کنترل شده صورت می پذیرد اما در نرمالینگ فرایند خنک سازی با قرار گرفتن در معرض هوا صورت می پذیرد.
* سرعت خنک شدن در فرآیند نرماله کردن به نسبت فرآیند آنیل کردن بیشتر می باشد.
*انعطاف پذیری فولاد در عملیات نرماله کردن مقداری از فولاد آنیل شده کمتر است.
*در فرایند نرمالینگ نیاز به تجهیزات کمتری می باشد و هزینه آن نسبت به آنیلینگ کمتر می باشد.
جمع بندی
در کل، نرمال‌کردن فولاد عملیاتی حرارتی است که با حذف تنش‌های داخلی، بهبود خواص مکانیکی و بهبود مقاومت در برابر خستگی، فولاد را برای استفاده در برنامه‌های مختلف مناسب می‌کند.
