نرماله‌کردن (متالورژی)

نرماله کردن یا نرمالینگ نوعی عملیات حرارتی است.این فرآیند شامل آستنیت ه کردن فولاد و سرد کردن آن در هوا به منظور ایجاد ساختار یکنواخت و ریزدانه فریت_پرلیت در فولاد می‌باشد.
این فرآیند شامل آستنیته کردن فولاد تا دمایی حدود 30 الی 80 درجه سانتی گراد بالاتر از خط A c3 (در نمودار تعادلی آهن_کربن) برای فولاد‌های هیپو یوتکتوئیدی و دمایی حدود 30 الی 80 درجه سانتی گراد بالا‌تر از خط A cm برای فولاد‌های هایپر یوتکتوئیدی،نگه داشتن ماده در این بازه دمایی در یک مدت زمان مناسب و سپس سرد کردن آن در هوا است.
در فولاد‌های 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 می‌آید و سپس در اثر سرد شدن در هوا به فریت و پرلیت تبدیل می‌شود.
نمودار تعادلی فازی آهن_کربن
در فولاد‌های هایپریوتکتوئیدی از گستره‌ی دمایی 30 الی 80 درجه سانتی گراد بالای خط Acm استفاده می‌شود که انتخاب این گستره‌ی 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 آمده‌اند،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 می‌شود و از این نظر در برخی موارد نرماله کردن به عنوان عملیات حرارتی نهایی منظور می‌شود. اما به دلیل ساختار فریتی_پرلیتی هرگز نمی‌توان با نرماله کردن خواص مکانیکی نظیر ساختار‌های مارتنزیتی بدست آورد. پس در مواردی که هدف سخت کردن قطعاتی باشد که دارای دانه‌های درشت هستند نرماله کردن به عنوان یک عملیات حرارتی اولیه جهت ریز کردن دانه‌ها استفاده می‌شود.
هدف از عملیات حرارتی نرماله کردن از بین بردن اثرات ناشی از عملیات‌های 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 وسیله‌ی نرماله کردن عمدتا به سه دلیل صورت می‌گیرد:
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 فولاد‌های کم کربن جهت ماشینکاری بهتر
مقایسه فرآیند‌های نرماله کردن و آنیل کردن
تفاوت‌های اصلی نرماله کردن با آنیل کردن در دو مورد است:
دمای آستنیت کردن (به ویژه برای فولاد‌های هایپر یوتکتوئید): بالاتر بودن دمای آستنیته کردن در فرایند نرماله کردن نسبت به فرآیند آنیل کردن موجب حلالیت بیشتر و یکنواخت‌تر عناصر آلیاژی و کاربید‌ها در ساختار فولاد می‌شود.
نمودار TTT نشان دهنده تاثیر سرعت سرد شدن فولاد از دمای آستنیته شدن بر روی ریز ساختارنحوه‌ی 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 دانه‌تر می‌شود که در نتیجه‌ی آن استحکام و سختی افزایش و انعطاف پذیری کاهش می‌یابد.
کاربرد‌های نرماله کردن در صنعت
فولاد‌های ریخته گری شده : در این فولاد‌ها 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 بازه‌ی دمایی 780 تا 950 درجه سانتی گراد (بسته به ترکیب شیمیایی) میتواند این ساختار نامطلوب را برای فولاد‌های آلیاژی و غیر آلیاژی 0.3-0.6 درصد کربن ریخته گری شده از بین ببرد.
فولاد‌های نورد گرم شده : پس از نورد گرم به دلیل کشیده شدن دانه‌ها در جهت نورد خواص مکانیکی در جهت‌های مختلف متفاوت خواهد شد. جهت از بین بردن این تفاوت خواص در جهات مختلف میتوان از عملیات نرماله کردن استفاده نمود.
فولاد‌های فورج شده در دمای بالا : در این فرآیند به ویژه به هنگامی که قطعات دارای مقاطعی با اندازه‌های 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.
محدودیت‌های فرآیند نرماله کردن
نکته‌ای 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 آهنگ‌های متفاوتی سرد می‌شوند. بدین صورت که هرچه قطعه حجیم‌تر 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 می‌شود:
در قطعات بزرگ آهنگ سرد شدن سطح قطعه نسبت به نواحی داخلی به شکل قابل ملاحظه‌ای بیشتر است که موجب ایجاد تنش پسماند کششی در سطح می‌شود.
در قطعات خیلی کوچک به خصوص در فولاد‌های آلیاژی نرخ سرد شدن در هوا به اندازه‌ای است که ممکن است ساختار حاصل به جای فریت_پرلیت به یک ساختار مارتنزیت_بینیت تبدیل شود که این مسئله به ویژه در ساخت فولاد‌های ابزار مورد توجه قرار می‌گیرد.
عملیات حرارتی
فولاد
آنیل کردن کامل
برگشت دادن (تمپر کردن)
آنیل کردن مرحله‌ای
کاربیدهای راسب