عملیات نرماله کردن فولاد ها، مجموعه‌ای از فرآیندهایی است که با هدف بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی فولاد انجام می‌شود. این فرآیندها شامل گرم کردن و سرد کردن کنترل شده فولاد، متراکم سازی، آلیاژسازی و تغییر شکل است.
یکی از فرآیندهای اصلی در عملیات نرماله کردن فولاد، گرم کردن یا عملیات آنیل کردن خواهد بود. در این فرآیند، فولاد تحت دماهای بالا قرار می‌گیرد تا ساختار داخلی آن تغییر کند. سپس فولاد به آرامی سرد می‌شود. این فرآیند منجر به تغییرات ساختاری در فولاد می‌شود که می‌تواند خواص مکانیکی آن را بهبود بخشد.
عملیات نرماله کردن فولاد ها چرا انجام می‌شود؟
عملیات نرماله کردن فولاد به مجموعه‌ای از فرآیندهایی اطلاق می‌شود که با هدف بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی فولاد انجام می‌شوند. این فرآیندها شامل گرم کردن و سرد کردن کنترل شده فولاد، متراکم سازی، آلیاژسازی و تغییر شکل دادن می‌شود.
انجام عملیات نرماله کردن فولاد برای اهداف زیر انجام می‌شود:
- 1. افزایش مقاومت: عملیات نرماله کردن فولاد منجر به بهبود مقاومت مکانیکی فولاد می‌شود. این فرآیندها باعث ترکیب دواری و همچنین تغییرات ساختاری در فولاد می‌شوند که مقاومت آن را افزایش می‌دهند.
- 2. بهبود خواص مکانیکی: عملیات نرماله کردن فولاد می‌تواند خواص مکانیکی فولاد را بهبود بخشد، از جمله مقاومت به خمش، مقاومت به کشش، سختی و انعطاف‌پذیری. این فرآیندها باعث بهبود ساختار داخلی فولاد و کنترل اندازه و توزیع دانه‌ها می‌شوند.
- 3. کاهش تنش‌ها: فولاد ممکن است در فرآیندهای قبلی تولید و تشکیل شکننده شده باشد و تنش‌های داخلی داشته باشد. عملیات نرماله کردن فولاد باعث کاهش تنش‌های داخلی می‌شود و در نتیجه مقاومت و انعطاف‌پذیری فولاد را بهبود می‌بخشد.
- 4. افزایش دوام و مقاومت در برابر خستگی: عملیات نرماله کردن فولاد می‌تواند مقاومت فولاد در برابر خستگی و کاهش ترک خوردگی را افزایش دهد.
مراحل عملیات نرماله کردن فولاد
عملیات نرماله کردن فولادها به فرآیندهایی اطلاق می‌شود که در نهایت باعث افزایش یکنواختی و خواص مکانیکی فولاد می‌شود. این عملیات شامل مراحل مختلفی می‌شود که در زیر به برخی از آنها اشاره می‌کنم:
- حرارت دهی(آنیل کردن)
- تنش دهی
- تغییر شکل مکانیکی
- مرحله نهایی
حرارت دهی
حرارت دهی یا عملیات آنیل کردن به عنوان یکی از مراحل عملیات نرماله کردن یا یکنواخت سازی فولادها، به فرآیندی اطلاق می‌شود که فولاد به دمای بالا (عموماً در محدوده دمای بین ۸۰۰-۱۰۵۰ درجه سانتی‌گراد) گرم می‌شود تا به یکنواختی حرارتی برسد. این فرآیند به منظور بهبود خواص مکانیکی فولاد، افزایش دوام، کاهش تنش‌های داخلی و اصلاح ساختار بلوری انجام می‌شود.
در حرارت دهی، فولاد با دمای بالا گرم شده تا تمامی بخش‌های آن به یک دمای یکنواخت برسند. این فرآیند می‌تواند به صورت انحلال دهی یا تغییر فاز انجام شود. در انحلال دهی، فولاد به دمای بالاتر از دمای بحرانی خود (دمایی که تمامی بخش‌های فولاد به شکل استحکام دهنده انحلال می‌شوند) گرم می‌شود که در نتیجه تمامی ترکیبات موجود در فولاد به حالت مایع تبدیل می‌شوند. سپس با سرد کردن آهسته، فولاد به شکلی هموژن (یکنواخت) سرد خواهد شد.
در تغییر فاز نیز فولاد با دمای بحرانی خود گرم خواهد شد که در نتیجه تبدیل فازی از یک ساختار بلوری به ساختار بلوری دیگر اتفاق می‌افتد. برای مثال، فولادهای آهن-کربن در حالت آستنیتی با دمای بالاتر از دمای بحرانی گرم خواهد شد و سپس با سرد کردن آهسته به حالت فریتی تبدیل می‌شوند.
فرآیند تنش دهی
فرآیند تنش دهی یکی از مراحل عملیات نرماله کردن فولادها است. در این فرآیند، فولاد پس از حرارت دهی به دمای بالا، به آرامی خنک می‌شود تا تنش‌های داخلی آن رفع شود و به یکنواختی حرارتی برسد.
هدف اصلی از فرآیند تنش دهی، حذف تنش‌های داخلی فولاد است. تنش‌های داخلی ممکن است در نتیجه فرآیندهای قبلی مانند حرارت دهی، شکل‌دهی مکانیکی، جوشکاری یا تغییر شکل‌های حرارتی در فولاد ایجاد شوند. این تنش‌ها می‌توانند باعث کاهش مقاومت فولاد در برابر خستگی، کاهش سختی و حتی ترک خوردگی شوند. بنابراین، با انجام فرآیند تنش دهی، تنش‌های داخلی فولاد به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد و خواص مکانیکی بهبود می‌یابد.
فرآیند تنش دهی ممکن است به چند روش انجام شود، از جمله سرد کردن آهسته و یا آب‌گذری. در سرد کردن آهسته، فولاد به طور متداول در هوا یا در یک محیط آرام خنک می‌شود، در حالی که در آب‌گذری، فولاد در آب سرد یا محلول آب و نمک قرار می‌گیرد. هر دو روش به هدف کاهش تنش‌های داخلی و یکنواخت سازی فولاد کمک می‌کنند، اما هر کدام ممکن است در شرایط و کاربردهای خاصی مورد استفاده قرار گیرند.
تغییر شکل مکانیکی
تغییر شکل مکانیکی یا شکل‌دهی مکانیکی از جمله مراحل عملیات نرماله کردن فولادها است. در این فرآیند، فولاد تحت نیروی مکانیکی، مانند فشار، کشش، خمش، تغییر شکل می‌یابد تا ساختار بلوری فولاد بهبود یابد و خواص مکانیکی آن بهتر شود.
شکل‌دهی مکانیکی در فرآیندهای مختلف مانند کوبش، پرس کردن، کشش و خمش انجام می‌شود. با اعمال نیرو و تغییر شکل مکانیکی، تنش‌های داخلی در فولاد کاهش می‌یابد و ساختار بلوری آن به یکنواختی نزدیک‌تر می‌شود.
هدف اصلی از تغییر شکل مکانیکی، بهبود خواص مکانیکی فولاد است. این فرآیند می‌تواند منجر به افزایش سختی، مقاومت، قابلیت تشکیل و پلاستیسیته فولاد شود. علاوه بر آن، تغییر شکل مکانیکی می‌تواند بهبودی در ساختار بلوری فولاد ایجاد کند و تنش‌های داخلی را کاهش دهد.
همچنین بخوانید: سختی کاری سطحی فولاد
شکل‌دهی مکانیکی ممکن است به صورت سرد یا گرم انجام شود. در شکل‌دهی سرد، فولاد به طور معمول در دمای اتاق تحت تغییر شکل مکانیکی قرار می‌گیرد. اما در شکل‌دهی گرم، فولاد به دمای بالاتر از دمای بحرانی خود گرم می‌شود و سپس تغییر شکل مکانیکی انجام می‌شود. این روش ممکن است در برخی موارد برای فراهم کردن خواص خاص مورد نیاز در فولادها استفاده شود.
مرحله نهایی
مرحله نهایی عملیات نرماله کردنیا یکنواخت سازی فولادها، معمولاً شامل فرآیند ترمیم حرارتی می‌باشد. در این مرحله، فولاد پس از انجام مراحل قبلی مانند حرارت دهی، تنش دهی و تغییر شکل مکانیکی، به منظور بهبود ساختار بلوری و خواص مکانیکی نهایی، به یک حالت حرارتی خاص تحت مجموعه‌ای از شرایط حرارتی قرار می‌گیرد.
فرآیند ترمیم حرارتی ممکن است شامل چندین روش باشد، از جمله تمپر، آنیل و نرم‌سازی استرس. هر کدام از این روش‌ها به منظور بهبود خواص مکانیکی، اصلاح ساختار بلوری و حذف تنش‌های داخلی فولاد استفاده می‌شوند.
همچنین بخوانید: عملیات حرارتی همگن کردن فولاد ها
سخن آخر
عملیات نرماله کردن فولاد باعث بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی آن می‌شود. این فرآیندها شامل گرم کردن و سرد کردن کنترل شده، متراکم سازی، آلیاژسازی و تغییر شکل دادن فولاد است.
عملیات نرماله کردن فولاد اهداف متعددی را دنبال می‌کند. این اهداف شامل افزایش مقاومت مکانیکی، بهبود خواص مکانیکی مانند مقاومت به خمش، مقاومت به کشش و سختی، کاهش تنش‌های داخلی، افزایش دوام و مقاومت در برابر خستگی فولاد است. با انجام این فرآیندها، ساختار داخلی فولاد بهبود می‌یابد، اندازه و توزیع دانه‌ها کنترل می‌شود.