نرماله‌کردن درعلم متالورژی

نرماله کردن (به انگلیسی: Normalizing) یا نرمالینگ نوعی عملیات حرارتی است.این فرآیند شامل آستنیته کردن فولاد و سرد کردن آن در هوا به منظور ایجاد ساختار یکنواخت و ریزدانه فریت_پرلیت در فولاد می باشد.

این فرآیند شامل آستنیته کردن فولاد تا دمایی حدود 30 الی 80 درجه سانتی گراد بالاتر از خط Ac3 (در نمودار تعادلی آهن_کربن) برای فولاد های هیپو یوتکتوئیدی و دمایی حدود 30 الی 80 درجه سانتی گراد بالا تر از خط Acm برای فولاد های هایپر یوتکتوئیدی،نگه داشتن ماده در این بازه دمایی در یک مدت زمان مناسب و سپس سرد کردن آن در هوا است.

در فولاد های هیپویوتکتوئیدی گستره دمایی گرم کردن فولاد برای عملیات نرماله کردن بین خطوط A1 و A3 است که در این دما ابتدا آستنیتی با یک همگن و دانه ریز به وجود می آید و سپس در اثر سرد شدن در هوا به فریت و پرلیت تبدیل می شود.

در فولاد های هایپریوتکتوئیدی از گستره ی دمایی 30 الی 80 درجه سانتی گراد بالای خط Acm استفاده می شود که انتخاب این گستره ی دمایی به منظور ریز دانه کردن آستنیت،انحلال کاربیدهای راسب شده و همچنین شکسته شدن شبکه پیوسته کاربیدی که احتمالا در ضمن عملیات قبلی در مرز دانه به وجود آمده اند،است

ریز ساختار و خواص مکانیکی ناشی از نرماله کردن

فرآیند نرماله کردن به دلیل ریز دانه شدن فولاد در طی این فرآیند موجب بهبود خواص مکانیکی از جمله استحکام و سختی و کاهش انعطاف پذیری می شود و از این نظر در برخی موارد نرماله کردن به عنوان عملیات حرارتی نهایی منظور می شود. اما به دلیل ساختار فریتی_پرلیتی هرگز نمی توان با نرماله کردن خواص مکانیکی نظیر ساختار های مارتنزیتی بدست آورد. پس در مواردی که هدف 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.

هدف از عملیات حرارتی نرماله کردن از بین بردن اثرات ناشی از عملیات های قبلی (مانند کار گرم در دمای بالا و یا کار سرد که موجب درشت دانه شدن فولاد میشوند) و ایجاد یک ساختار آستنیتی همگن است. همگن سازی ساختار به وسیله ی نرماله کردن عمدتا به سه دلیل صورت می گیرد:

    به عنوان عملیات حرارتی نهایی جهت بهبود خواص مکانیکی قطعه کار
    به عنوان عملیات حرارتی اولیه قبل از سخت کاری و یا آنیل کامل جهت دستیابی به یک ساختار یکنواخت و ریز دانه
    در برخی موارد محدود در فولاد های کم کربن جهت ماشینکاری بهتر

مقایسه فرآیند های نرماله کردن و آنیل کردن

تفاوت های اصلی نرماله کردن با آنیل کردن در دو مورد است:

    دمای آستنیت کردن (به ویژه برای فولاد های هایپر یوتکتوئید): بالاتر بودن دمای آستنیته کردن در فرایند نرماله کردن نسبت به فرآیند آنیل کردن موجب حلالیت بیشتر و یکنواخت تر عناصر آلیاژی و کاربید ها در ساختار فولاد می شود.

    نمودار TTT نشان دهنده تاثیر سرعت سرد شدن فولاد از دمای آستنیته شدن بر روی ریز ساختار
    نحوه ی سرد شدن: نرخ سرد شدن بالاتر در این فرآیند (سرد شدن در هوا) نسبت به نرخ سرد شدن در فرآیند آنیل کردن (سرد شدن در کوره) موجب به وجود آمدن ساختاری ریز دانه تر می شود که در نتیجه ی آن استحکام و سختی افزایش و انعطاف پذیری کاهش می یابد.

کاربرد های نرماله کردن در صنعت

    فولاد های ریخته گری شده : در این فولاد ها به دلیل سرعت سرد شدن زیاد بعد از ریخته گری دارای ساختار درشت دانه و عموما همراه با فریت سوزنی شکل هستند که یک عملیات حرارتی نرماله کردن در بازه ی دمایی 780 تا 950 درجه سانتی گراد (بسته به ترکیب شیمیایی) میتواند این ساختار نامطلوب را برای فولاد های آلیاژی و غیر آلیاژی 0.3-0.6 درصد کربن ریخته گری شده از بین ببرد.
    فولاد های نورد گرم شده: پس از نورد گرم به دلیل کشیده شدن دانه ها در جهت نورد خواص مکانیکی در جهت های مختلف متفاوت خواهد شد. جهت از بین بردن این تفاوت خواص در جهات مختلف میتوان از عملیات نرماله کردن استفاده نمود.
    فولاد های فورج شده در دمای بالا: در این فرآیند به ویژه به هنگامی که قطعات دارای مقاطعی با اندازه های مختلف هستند به علت تفاوت در نرخ سرد شدن مقاطع مختلف ساختاری غیر یکنواخت ایجاد میشود با نرماله کردن میتوان این به یک ساختار یکنواخت در این قطعات دست یافت.

محدودیت های فرآیند نرماله کردن

نکته ای که باید در رابطه با سرد شدن قطعات در هوا در ضمن نرماله شدن در نظر گرفته شود این است که نقاط مختلف یک قطعه با توجه به شکل هندسی و ضخامت آن در مقاطع مختلف با آهنگ های متفاوتی سرد می شوند. بدین صورت که هرچه قطعه حجیم تر باشد آهنگ سرد شدن نقاط مختلف در داخل آن کمتر است.

از اثر ابعاد قطعه بر روی آهنگ سرد شدن آن دو نکته مهم استنتاج می شود:

    در قطعات بزرگ آهنگ سرد شدن سطح قطعه نسبت به نواحی داخلی به شکل قابل ملاحظه ای بیشتر است که موجب ایجاد تنش پسماند کششی در سطح می شود.

    در قطعات خیلی کوچک به خصوص در فولاد های آلیاژی نرخ سرد شدن در هوا به اندازه ای است که ممکن است ساختار حاصل به جای فریت_پرلیت به یک ساختار مارتنزیت_بینیت تبدیل شود که این مسئله به ویژه در ساخت فولاد های ابزار مورد توجه قرار می گیرد.