نرمالایز کردن فلز چیست و در چه مواردی الزامی است؟

 Vote: 1 person
نرمالایز کردن چیست؟

نرمالایز کردن فولاد (Normalizing) یک عملیات حرارتی است که به منظور افزایش انعطاف‌پذیری و سختی فلز استفاده می‌شود. علاوه بر فولاد، چدن، آلومینیوم، برنج و استنلس استیل نیز از جمله آلیاژهایی هستند که قابلیت نرمالایزینگ دارند. نرماله کردن شامل حرارت دادن یک ماده در دمای بالا و سپس خنک شدن مجدد آن در دمای اتاق با قرار دادن آن در معرض هوای اتاق است. این گرمایش و سرد شدن آهسته، ریز ساختار فلز را تغییر می‌دهد و این به نوبه خود، سختی فلز را کاهش داده و شکل پذیری آن را افزایش می‌دهد. قطعاتی که به حدأکثر چقرمگی نیاز دارند و همچنین قطعاتی که در معرض ضربه هستند، اغلب نرماله می‌شوند و نرمالایزینگ در مورد آن‌ها الزامی است.

نرمالایز کردن چیست و با چه هدفی انجام می شود؟

فرآیندهای عملیات حرارتی اغلب برای تغییر خواص مکانیکی یک فلز مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از رایج‌ترین فرآیندهای عملیات حرارتی، نرمالایز کردن یا عادی سازی است. گاه نرمال سازی فولاد بعد از فرآیندهای نورد، جوشکاری یا آهنگری انجام می‌شود. زیرا هر یک از این فرایندها می‌تواند باعث اعوجاج در ریز ساختارهای فلز شود و نرمال سازی به منظور پالایش دانه‌های اعوجاج یافته در ریزساختار انجام می‌گیرد. نرمالایزینگ اغلب با فورجینگ همراه است و معمولاً بعد از آن انجام می‌شود.

نرمال سازی فلزات در صنایع مختلف و برای موارد مختلف کاربرد دارد؛ از جمله:

  • استامپینگ استنلس استیل فریتی در صنعت خودرو جهت افزایش شکل‌پذیری فلز.
  • آلیاژهای مبتنی بر نیکل در صنعت هسته‌ای جهت بهبود جوش‌پذیری فلزات و افزایش کیفیت جوشکاری.
  • مقاطع فولاد کربن که لازم است پس از نورد سرد نرمال شود تا شکنندگی ناشی از سخت شدن کار کاهش یابد.
  • فرآیند کلد فرمینگ ساختار دانه‌های آلیاژ را تحت تأثیر قرار می‌دهد. قطعات حاصل از این فرایند، قبل از آنکه به دست مشتری برسد و مورد استفاده قرار گیرد، ممکن است نیاز به نرمال‌سازی داشته باشند.

اما عادی سازی یا نرمالایز کردن فلزات چرا و به چه منظور انجام می‌شود؟

هدف از نرمالایز کردن

هدف از نرماله کردن فولاد، ایجاد یک ساختار همگن، یکنواخت و ریزدانه در فولاد است. این کار همچنین با هدف بهبود و ارتقاء خواص مکانیکی فولاد صورت می‌گیرد. دیگر اهداف Normalizing عبارت است از:

  • حذف بی نظمی های ساختاری یا ناخالصی ها و عیوب از فلز.
  • بهبود شکل‌پذیری که در برخی از مراحل فرآوری فلز، از بین رفته است.
  • افزایش چقرمگی فلز.
  • بهبود قابلیت ماشین کاری.
  • افزایش چقرمگی و استحکام کششی به مقاطع آهنی و فولادی.
  • کاهش تنش‌های داخلی ناشی از عملیات‌هایی مانند آهنگری، ریخته‌گری، ماشین‌کاری، شکل‌دهی یا جوشکاری.
  • یکنواختی ریزساختاری و پاسخ به عملیات حرارتی (مثل بازپخت) را بهبود می‌بخشد و با ایجاد یک "حافظه حرارتی" برای فرآیندهای بعدی در دمای پایین‌تر، پایداری را افزایش می‌دهد.

کدام فلزات را می توان نرماله کرد؟

برای نرمال شدن، یک فلز باید پذیرای نرمال شدن باشد! به این معنی که ریز ساختار آن را بتوان با عملیات حرارتی تغییر داد. بسیاری از انواع آلیاژها را می‌توان نرمال کرد، از جمله:

  • آلیاژهای مبتنی بر آهن (فولاد ابزاری، فولاد کربنی، استنلس استیل و چدن)
  • آلیاژهای مبتنی بر نیکل
  • فلز مس
  • برنج
  • آلومینیوم

قطعاتی که به حدأکثر چقرمگی نیاز دارند و همچنین قطعاتی که در معرض ضربه هستند، اغلب نرماله می‌شوند. در مورد مقاطع بزرگ، هنگامی که مقاطع بزرگ نرمال می‌شوند، برای کاهش بیشتر تنش و کنترل دقیق‌تر خواص مکانیکی، آن‌ها را تمپرینگ نیز می‌کنند.

آیا همۀ گریدهای فولاد را می توان نرمالایز کرد؟

در حالت تئوری، همۀ گریدهای فولاد قابلیت نرمالایز کردن را دارند. اما برخی از گریدهای فولاد باید در قلمرو یا حوزۀ مشخص و با در نظر گرفتن نکات متالوژیک نرمالایز شوند. گریدهایی از فولاد که برای ساخت مخازن تحت فشار مورد استفاده قرار می‌گیرند، می‌بایست نرمالایز شوند. یکی از این گریدها، آلیاژ A516 است که برای ساخت ورق A516 استفاده می‌شود. این کار در تولید ورق St52 نیز لازم است. استانداردها و گریدهایی که معمولاً نرمالایز می‌شوند عبارتند از:

  • ASTM/ASME A/SA516 Gr 70
  • ASTM/ASME A/SA516 Gr 60
  • EN10028 P355NL1
  • BS 1501-224-490B

نرماله کردن فولاد

زمانی که فولاد نورد شده خنک می شود، ممکن است برای دستیابی به خواص مکانیکی مورد نظر به عملیات حرارتی بیشتری نیاز داشته باشد. این کار به ویژه در مورد مقاطع فولادی که کاربرد صنعتی حساس دارند، الزامی است.

فرایند Normalizing فولاد با گرم کردن صفحه نورد شده تا دمای 800-900 درجه سانتیگراد (بسته به آنالیز شیمیایی) و نگه داشتن فولاد در این دما برای مدت زمان معینی قبل از خنک شدن در هوای ساکن آغاز می‌شود. این فرآیند باعث می‌شود تا اندازه دانه‌های فلز اصلاح شود، خواص مکانیکی فلز بهبود یابد و تنش‌های داخلی آن کاهش یابد. از آنجا که گرمایش بالاتر از حد دمای بحرانی انجام می‌شود، فولاد به طور خودکار را نرم می‌شود. گرمایش تا حالت آستنیتی انجام می‌شود و نرم شدن فولاد به طور خودکار فشارهای محصور را کاهش می‌دهد. این امر به نوبه خود تنش‌های پسماند را کاهش می‌دهد.

مراحل نرمالایز کردن فولاد

نرماله کردن طی سه مرحله اصلی انجام می گیرد:

  1. مرحلۀ ریکاوری، بازیابی یا ترمیم (Recovery stage)
  2. مرحلۀ تبلور مجدد (Recrystallization stage)
  3. مرحلۀ رشد دانه (Grain growth stage)

در مرحله بازیابی، از کوره یا یک وسیلۀ گرمایشی برای گرم کردن فلز استفاده می‌شود. این کار به منظور کاهش تنش‌های داخلی فلز انجام می‌شود. در مورد آلیاژهای فولادی، فولاد تا حدود 40-500 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای بحرانی بالایی (A3 یا Acm) گرم می‌شود. آلیاژ به مدت حدود 10-20 دقیقه در این دما نگه داشته می‌شود.

در مرحله تبلور مجدد، ماده بالاتر از دمای تبلور مجدد، اما کمتر از دمای ذوب خود گرم می‌شود. این باعث می‌شود دانه‌های جدید بدون تنش های قبلی تشکیل شوند.

سپس نوبت به خنک سازی آلیاژ در هوای آرام و در دمای اتاق است. تا خنک شدن کامل آلیاژ، دانه های جدیدی هم شروع به شکل گیری و رشد می کنند. در مرحلۀ رشد دانه، دانه های جدید به طور کامل رشد می‌کنند.

نتیجه تکمیل این سه مرحله، ماده‌ای با شکل‌پذیری بیشتر و سختی کمتر است. گاهی اوقات پس از فرآیند نرمال سازی (یعنی سه مرحلۀ مذکور) عملیات دیگری هم که می‌تواند خواص مکانیکی را بیشتر تغییر دهد، انجام می‌شود.

پس از نرمال شدن، ریزساختار حاصل معمولاً پرلیت است. اندازه دانه در فولاد نرمال بر اساس ضخامت بخش تعیین می‌شود. یک تغییر در اندازه دانه مشاهده می‌شود؛ زیرا سرعت خنک شدن از مورد به هسته متفاوت است. همانطور که در شکل 1 مشخص است، دمای نرماله کردن فولاد با محتوای کربن موجود در آن تغییر می کند. تغییر دما بر اساس محتوای کربن موجود در فولاد جدول زیر ارائه شده است.

بازپخت و نرمالایز کردن تفاوت قابل توجهی در شکل‌پذیری فولادهای کم کربن نشان نمی‌دهد. با این حال، با افزایش محتوای کربن، تأثیر بازپخت در مورد خواص مکانیکی مانند بهبود در ازدیاد طول، حدود 20٪ کاهش می‌یابد. از سوی دیگر، شکل‌پذیری فولادهای پر کربن نرمال شده نیز به سطح 1-2 درصد کاهش می‌یابد.

مراحل و دمای نرمالایز کردن فولاد

مزیت های نرمالیزاسیون فولاد چیست؟

  1. کاهش سختی و شکنندگی و افزایش انعطاف‌پذیری فولاد.
  2. بهبود قابلیت شکل پذیری و در نتیجه افزایش قابلیت ماشین‌کاری مقاطع فولادی.
  3. کاهش تنش‌های پسماند در فولاد و جلوگیری از شکنندگی‌های ناگهانی مقاطع فولادی در حین کار.

تفاوت آنیل و نرماله کردن چیست؟

نرماله کردن بسیار شبیه به بازپخت است، زیرا در هر دو روش به فلز حرارت داده می شود. این حرارت دادن تا رسیدن فلز به دمای تبلور مجدد یا بالاتر از آن صورت می‌گیرد و سپس خنک سازی صورت می‌گیرد تا بدین ترتیب، یک ریز ساختار در فلز ایجاد شود.

تفاوت اصلی بین آنیلینگ و نرمالایزینگ در این است که در فرایند آنیل‌کاری، فرصت داده می‌شود تا مواد با سرعت کنترل شده در یک کوره خنک شوند. این در حالیست که در نرمالایزینگ، مواد در معرض هوا قرار داده می‌شوند و خنک سازی در دمای اتاق صورت می‌گیرد. بنابراین، تفاوت آنیل و نرماله کردن، در سرعت خنک‌سازی فلز است. در نرماله کردن، فلزات با سرعت بیشتری خنک می‌شوند. این سرعت خنک‌‌سازی سریع‌تر، باعث شود تا انعطاف‌پذیری مواد اندکی کمتر شود و میزان سختی مواد نیز اندکی بالاتر از مواد آنیل شده باشد. نرمال کردن معمولاً هزینه کمتری نسبت به بازپخت دارد. زیرا به زمان اضافی که باید برای خنک شدن در کوره بگذراند، نیاز ندارد.

لازم به ذکر است که بازپخت و نرماله کردن تفاوت قابل توجهی در میزان انعطاف‌پذیری یا شکل‌پذیری فولادهای کم کربن ندارد.

دمای نرماله کردن فولاد بر اساس مقدار درصد کربن

بجز نرماله کردن و آنیل، یک سری عملیات حرارتی دیگر وجود دارد از جمله:

  • عملیات نورد حرارتی (TMR)
  • تمپرینگ و کوئنچینگ (Q&T)

در شکل زیر، تفاوت علمی و متالوژیک عملیات حرارتی نرمالایزینگ و آنیلینگ نشان داده شده است.

تفاوت بین نرمالایزینگ و آنیلینگ فلزات

لطفا به این مطلب امتیاز دهید و ما را در بهینه کردن مطالب یاری نمایید.
one star rate
%0
two star rate
%0
three star rate
%0
four star rate
%0
five star rate
%100
 میانگین رای: 1 نفر

نظرات ( 0 )


ارسال پیام