نرماله کردن فولاد نوعی فرایند حرارت‌دهی است که منجر به بهبود خواص مکانیکی و شیمیایی فولاد خواهد شد. در مورد چگونگی، اهداف، کاربردها و محدودیت‌های نرمالینگ به طور مفصل در این مقاله صحبت خواهیم کرد. امروزه خرید آهن آلات و مصرف آن گسترش زیادی پیدا کرده است تا جایی که ردپای مقاطع فولادی را می‌توان در بیشتر صنایع دید. آهن آلات به روش‌های مختلفی تولید می‌شوند که یکی از فرایندهایی تولید آن‌ها نرماله کردن یا نرمالینگ فولاد است.
نرماله کردن فولاد چیست؟
برای نرماله کردن فولاد، مقطع فولادی را تا دمای مشخصی حرارت می‌دهند و سپس تحت شرایط ویژه‌ای سرد می‌کنند. حرارتی که در این فرایند به مقطع فولادی وارد می‌شود ۵۰ درجه سانتی‌گراد بالاتر از دمای تبدیل بالا است. دمای تبدیل بالا یا همان A3 به منظور تبدیل تمام فولاد به فاز آستنیت اعمال می‌شود. آستنیت کردن که به منظور یکنواخت سازی غلظت کربن در ساختار فولاد انجام می‌گیرد، بستگی به درجه حرارت و زمان دارد. البته در این فرایند حرارت تاثیر و اهمیت بیشتری نسبت به زمان خواهد داشت.
پس از گداختن فولاد برای خنک سازی آن شرایطی در نظر گرفته شده است. مثل اینکه فولاد باید الزاما به صورت عادی و در دمای اتاق حرارت خود را از دست بدهد.
باید در نظر داشت که عملیات خنک‌سازی به اندازۀ حرارت دهی به فولاد حائز اهمیت است و هر چه فولاد موردنظر ابعاد بزرگتر و قطورتری داشته باشد، سرد کردن آن حساسیت بیشتر و نیاز به کنترل دقیق‌تری دارد.
فولادی که تحت عملیات نرماله قرار می‌گیرد به عنوان یک محصول نهایی یا نیمه نهایی استفاده می‌شود. به این معنی که بعد از انجام این عملیات می‌تواند به صورت مستقیم در صنایع به کار رود یا به منظور تولید دیگر قطعات فولادی باز هم تحت فرایندهای دیگر تولید قرار گیرد.
عملیات نرماله سازی آهن آلات اهداف مختلفی را دنبال می‌کند:
- بهبود خواص شیمیایی، مکانیکی و متالوژیکی فولاد
- همگن سازی ساختار فولاد
- دانه ریز کردن و شکستن ساختارهای ناهموار فولاد
- افزایش استحکام و مقاومت فولاد و کاهش فرم پذیری آن
بیشتر مطالعه کنید :چه کنیم آهن زنگ نزند؟
عملیات حرارتی (heat treatment) چیست؟
نرماله کردن فولاد نوعی عملیات حرارتی است که بر آن اعمال می‌شود. در صنعت فولاد سازی عملیات‌های حرارتی در انواع مختلفی و برای اهداف گوناگونی صورت می‌گیرند. اما، به طور کلی، عملیات حرارتی یا heat treatment حرارت دهی و خنک سازی فولاد تحت شرایط کنترل شده به منظور تغییر ساختار و مشخصات فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی آن است.
زمانی که بعد از حرارت دهی مقطع فولادی خنک سازی می‌شود، سطح آن زودتر از لایه‌های زیرین خنک شده و شکل نهایی خود را پیدا می‌کند. قطعه برای سرد شدن کامل تمایل به افزایش حجم دارد. اما چون سطح شکل یافته و ثابت است، بدون تغییر حجم تنها خواص مکانیکی متفاوتی پیدا خواهد کرد.
به همین دلیل است که آهن آلات تولید شده تحت این عملیات از نظر شکل تغییر خاصی پیدا نمی‌کنند. اما از نظر میزان استحکام، انعطاف، جوش پذیری، ماشین‌کاری، مقاومت در برابر خوردگی و سایش دگرگون خواهند شد. و این امر موجب شده است که از عملیات‌های حرارتی در صنایع استفاده‌های بسیاری شود.
استحاله یوتکتوئید
برای درک بیشتر فرایند نرماله کردن باید با استحاله یوتکتوئید نیز آشنا باشید. استحاله یوتکتوئید موجب تغییر فاز یک جامد در هنگام سرد شدن به دو فاز جامد دیگر خواهد شد. آلیاژی که استحاله یوتکتوئید در آن صورت می‌گیرد ۰.۷۶ درصد کربن دارد و اگر تحت دمای بالاتر از ۷۲۷ درجه سانتی‌گراد قرار بگیرد به صورت کامل و صددرصدی آستنیت خواهد شد.
هنگامی که فولاد تحت عملیات نرماله سازی قرار می‌گیرد، ابتدا آستنیت دانه ریز با ساختاری یکنواخت در آن شکل می‌گیرد که طی خنک سازی در دمای اتاق این آستنیت به پرلیت و فریت تبدیل خواهد شد. به بیان دیگر نرماله کردن فولاد باعث شکستن دانه‌های آستنیت و انحلال کاربیدهای راسب خواهد شد.
باید در نظر داشت که نرماله سازی فولاد ممکن است موجب ایجاد شکستگی‌های مختصر، حفره‌ها و منافذ ریز و ناهمگنی در ساختار آن شود. این ترک‌ها و شکستگی‌ها به صورت مستقیم بر روی خواص مکانیکی فولاد نهایی اثر می‌گذارد و باعث کاهش آن‌ها خواهد شد.
به منظور تشخیص این مشکل قبل از استفاده از فولاد در مراحل بعدی آن را توسط تست آلتراسونیک آزمایش می‌کنند. در این تست توسط دستگاه مخصوصی امواج صوتی با فرکانس بالاتر از حد شنوایی انسان به سمت فولاد ارسال می‌شود و با تحلیل موج برگشتی مشکلات آن را تشخیص می‌دهند.
اهمیت و کاربرد نرماله کردن چیست ؟
نرماله کردن یکی از مهم‌ترین عملیات حرارتی است که در صنایع فولادسازی انجام می‌شود. این عملیات موجب بهبود ساختار آهن آلات می‌شود و از این نظر در بسیاری از مواقع قبل از انجام دیگر انواع عملیات حرارتی روی فولاد از آن استفاده می‌شود.
به علاوه گاهی خروجی دیگر انواع عملیات حرارتی اعمال شده بر فولاد، مطابق با استانداردهای تعریف شده نیست و دارای عیوب و نواقصی است. در این مواقع نرماله کردن فولاد می‌تواند این عیوب و نواقص را برطرف کرده و تا حد زیادی پوشش دهد.
در ادامه به بیان کاربردهای مختلف این عملیات می‌پردازیم، تا اهمیت این عملیات حرارتی بیش از پیش ملموس شود:
- تولید قطعات و محصولاتی که دارای سطح مقطع‌های متفاوت هستند، بسیار دشوار است. معمولا خنک سازی این قطعات به دلیل متفاوت بودن قطر هر نقطه با سرعت‌های مختلفی صورت می‌گیرد که این امر موجب ناهمگنی ساختار قطعه موردنظر خواهد شد. در این مواقع نرماله‌کردن می‌تواند تا حد زیادی این ناهمگنی را پوشش دهد و به فولاد ساختار یکدست‌تری ببخشد.
- فرایند نورد گرم و کشش که تحت دمای بسیار بالا به فولاد شکل می‌دهد، باعث از هم گسیختگی ساختار برخی از نقاط قطعه خواهد شد که این امر به صورت مستقیم خواص مکانیکی قطعه را کاهش خواهد داد. نرماله کردن فولاد بعد از فرایند نوردگرم می‌تواند تا حد زیادی این مشکل را برطرف سازد.
- مقاطع فولادی که تحت فرایندهای ریخته‌گری تولید می‌شوند، معمولاً دارای ساختاری دانه درشت و غیرنرمال هستند که نرماله کردن به شکل دهی منظم و ریزتر ساختار این مقاطع کمک خواهد کرد.
چه تفاوتی در نرمالینگ و آنیلینگ وجود دارد ؟
نرمالینگ و آنیلینگ هر دو نوعی عملیات حرارتی محسوب می‌شوند که به منظور بهینه سازی و بهبود فولاد اعمال می‌شوند. در هر دو این عملیات آهن آلات تا دمای بالاتر از تبدیل مجدد حرارت دیده و سپس خنک سازی می‌شوند؛ اما، در کنار این شباهت بزرگ، نرمالینگ و آنیلیتگ تفاوت‌های جزیی و بسیار مهمی با یکدیگر دارند:
- طی عملیات آنیلینگ قطعه موردنظر درون کوره سرد می‌شود، در صورتی که، در فرایند نرمالینگ قطعه فولادی در هوای آزاد و در نتیجه با سرعت بالاتری خنک سازی خواهد شد.
- در عملیات نرمالینگ قطعه فولاد تحت حرارت بالاتری نسبت به فرایند آنیلینگ قرار گرفته که این امر موجب خواهد شد ساختار نهایی دانه ریزتر و یکنواخت‌تری پیدا کند.
- فولاد تولیدی توسط نرمالینگ به دلیل دارا بودن دانه‌های ریزتر استحکام بالاتر و شکل پذیری کمتری نسبت به فولاد آنیلینیگ شده دارد.
- نرمالینگ به منظور رفع نواقص و عیوب قطعات تولیدی توسط فرایندهای نوردگرم و کششی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در صورتی که، آنیلینگ به منظور رفع نواقص قطعات حاصل از نورد سرد اعمال می‌شود.
- فرایند نرمالینگ آهن آلات هزینه کمتری نسبت به عملیات آنیلینگ دارد.
عملیات نرماله کردن فولاد در چه مواقعی نباید انجام شود؟
با وجود تمام مزایایی که عملیات نرماله کردن فولاد دارد، در دو مورد بهتر است که از این روش استفاده نشود:
- نرمالینگ قطعات بسیار قطور و دارای شکل هندسی بسیار نامنظم توصیه نمی‌شود. در قطعات بسیار قطور زمانی که مقطع فولادی به منظور خنک سازی در دمای اتاق قرار می‌گیرد. سطح آن در مدت زمان کوتاه‌تری سرد می‌شود و شکل می‌گیرد. در صورتی که، هنوز هسته قطعه داغ است. هنگامی که لایه‌های زیرین نیز خنک می‌شوند، به دلیل تغییر فاز تمایل به انبساط پیدا می‌کنند. اما، به دلیل سخت شدن سطح فولاد این امر امکان پذیر نیست. در این مواقع احتمال اینکه تغییر فاز فولاد به درستی انجام نشده و مشکلاتی را در ساختار آن ایجاد کند، بسیار زیاد خواهد شد.
به منظور جلوگیری از بروز این مشکلات باید سرعت سرد شدن فولاد موردنظر را کنترل کرده و کاهش داد تا سطح و هسته قطعه موردنظر در مدت زمان نزدیک‌تری خنک شوند.
در قطعات با شکل هندسی نامنظم نیز به دلیل اینکه تفاوت میان قطر در نقاط مختلف قطعه زیاد است.خنک سازی با سرعت‌های متفاوتی انجام می‌شود و باعث ایجاد ساختار ناهمگن خواهد شد.
- نرمالینگ قطعات بسیار کم قطر و کوچک آلیاژی نیز معمولا با مشکلاتی همراه خواهد بود. این قطعات نیز به دلیل نازک و کوچک بودن با سرعت بالایی خنک می‌شوند که این امر موجب خواهد شد در عوض تشکیل ساختارهای یکنواخت فریت و پرلیت، ساختارهای ناهمگن مارتنزیت و بینیت تولید شوند. به همین دلیل استفاده از فرایند نرمالینگ بر روی قطعات آلیاژی با ابعاد کوچک پیشنهاد نمی‌شود.
جمع بندی
نرماله کردن فولاد یکی از انواع عملیات حرارتی است که بر روی مقاطع فولادی اعمال می‌شود. تا ساختار و ویژگی‌های مکانیکی و شیمیایی آن‌ها را بهبود ببخشد. در این مقاله به طور کامل به بررسی این فرایند، کاربردها، محدودیت‌ها و تفاوت آن با آنیلینگ پرداختیم.
در آخر پیشنهاد می‌کنیم که به منظور خرید آهن آلات با بهترین قیمت و بالاترین کیفیت می‌توانید به بازرگانی آرادآهن مرکز پخش و فروش انواع مقاطع فولادی ساختمانی و صنعتی مراجعه نمایید.
