Normalizasyon (Metalurji)

Normalleştirme ısıl işlemi, demirli malzemelere uygulanan bir işlemdir. Normalleştirme ısıl işleminin amacı, mikroyapı' yı rafine ederek malzemenin mekanik özelliklerini geliştirmektir. Bu işlemde malzeme dönüşüm aralığının üzerinde östenit fazına ısıtılmaktadır ve ardından oda sıcaklığında durgun havada soğutulmaktadır. Normalleştirici ısıl işlem, yapısal düzensizlikleri dengelemektedir ve malzemeyi daha fazla çalışma için yumuşak hale getirmektedir. Dövme, bükme, çekiçleme gibi soğuk işleme işlemleri malzemeleri sertleştirmektedir ve daha az sünek hale getirmektedir. Aynı durum kaynaklı kısmın yakınındaki ısıdan etkilenen bölge (ITAB) için de geçerlidir. Normalize edici ısıl işlem, bu malzemenin sünekliğini ve yumuşaklığını yeniden kazandırmaktadır. Bu işlem aynı zamanda, istenen sertleşmeye tepkiyi iyileştirmek için herhangi bir sonraki yüzey sertleştirmeden önceki gibi kullanılmaktadır.
Normalleştirme neden kullanılır?
Normalleştirme genellikle, başka bir işlemin kasıtlı veya kasıtsız olarak sünekliği azalttığı ve sertliği arttırdığı için gerçekleştirilmektedir. Normalleştirme, mikro yapıların daha sünek yapılara dönüşmesine neden olduğu için kullanılmaktadır. Bu önemlidir çünkü metali daha şekillendirilebilir, daha işlenebilir hale getirmektedir ve malzemede beklenmeyen arızalara yol açabilecek artık gerilimleri azaltmaktadır. Ek olarak ötektoid üstü çeliklerde tane sınırlarında bulunan karbür ağını dağıtmaktadır.
Örnek olarak, birçok dişli boşluğu işlemeden önce normalleştirilmektedir, böylece sonraki sertleştirme veya sertleştirme sırasında büyüme, büzülme veya eğrilme gibi boyutsal değişiklikler daha iyi kontrol edilmektedir.
Normalleştirme için ıslatma süreleri tipik olarak enine kesit alanının inç başına bir saattir, ancak sıcaklıkta iki saatten az değildir. Parçanın kütlesinin veya iş yükünün soğutma hızı ve dolayısıyla ortaya çıkan mikro yapı üzerinde önemli bir etkisi olabileceğini hatırlamak önemlidir. İnce parçalar, kalın olanlardan daha hızlı soğur ve normalize edildikten sonra daha sertleşmektedir. Buna karşılık, bir tavlama işleminde fırın soğutmasından sonra, ince ve daha kalın bölümlerin sertliği yaklaşık olarak aynıdır.
Nasıl uygulanır?
Normalleştirme, bir malzemenin önceden belirlenmiş yüksek bir sıcaklığa ısıtıldığı, bu sıcaklıkta belirli bir süre (genellikle 10-20 dakika) tutulduğu sonra oda sıcaklığına ulaşması için havada serbestçe soğumaya bırakıldığı bir ısıl işlem olarak tanımlanmaktadır.
Ötektoid altı çelikleri Ac3 ve ötektoid üstü çelikleri Acm dönüşüm sıcaklıklarının yaklaşık 40-50o C üstündeki sıcaklıklara kadar ısıtıp, tavlandıktan sonra fırın dışında sakin havada soğutulması olarak da bilinmektedir. Bu işlemde soğutma fırın dışında ve sakin havada yapıldığı için soğutma hızı nispeten yüksek olmaktadır ve bu durumda hem östenitin dönüşümünü hem de en son elde edilen iç yapıyı bazı yönlerden etkilemektedir. Havada soğutma sırasında ötektoid dışı fazların oluşumu için yeterli zaman olmadığından normalizasyon uygulanan ötektoid altı çelikler yumuşatma tavlaması uygulanan çeliklere kıyasla daha düşük oranda ötektoid dışı ferrit, ötektoid üstü çeliklerde ise daha düşük oranda ötektoid dışı sementit gözlenmektedir.
Normalizasyon tavlamasında parçanın havada soğutulması nedeniyle yüksek soğuma hızı görülmektedir. Sıklıkla, soğuma hızı artıkça östenit' in dönüşüm sıcaklığı düşmektedir ve daha ince perlit elde edilmektedir.
Hangi malzemeler normalleştirilebilir?
Demir bazlı alaşımlar (takım çeliği, karbon çeliği, paslanmaz çelik ve dökme demir)
Nikel bazlı alaşımlar
Bakır
Pirinç
Alüminyum
Düşük karbonlu çelikler tipik olarak normalleştirme gerektirmez. Ancak bu çelikler normalleştirilirse hiçbir zararlı etki ortaya çıkmamaktadır. Nispeten üniform duvar kalınlığına ve kesit boyutlarına sahip dökümler, normalize edilmek yerine genellikle tavlanmaktadır. Diğer dökümler, özellikle karmaşık bir şekle sahip olanlar veya birbirine bağlı kalın ve ince bölümlere sahip olanlar ve bu nedenle yüksek düzeyde artık gerilmelere eğilimli olanlar normalleştirmeden yararlanmaktadır. Normalleştirme ile elde edilen mikroyapı, dökümlerin bileşimine (sertleşebilirliğini belirleyen) ve soğutma hızına bağlıdır.