آزمایش عملیات حرارتی نرمالیزه کردن فولاد

 

عنوان آزمايش :  عمليات نرماله كردن

هدف آزمايش :

 1- افزايش انعطاف پذيري 2- يكنواخت كردن ريز ساختار

3- ريز كردن دانه ها 4- افزايش قابليت ماشينكاري 5- يكنواخت كردن بيشتر عناصر آلياژي

تئوري آزمايش :

نرماليزه كردن يكي از انواع عمليات حرارتي است . نرماليزه كردن فولاد حرارت دادن در درجه حرارتهاي كمي(حدودºC50 ) بالاتر از خط Acm و A3 و نگهداشتن کافی در آن درجه حرارت برای تبدیل کامل به آستنیت و سپس سرد کردن در خارج از کوره ، یعنی در هوای تقریباً ساکن ، تا دمای معمولی محیط است .

بعد از نرمالیزه کردن ، ساختار دانه ای ریز و یکنواخت با خواص معین خوبی به دست

 می آید . بنابراین نرمالیزه کردن می تواند هممچنین عملیات حرارتی اولیه ای با موقعیت معین برای عملیات حرارتی بعدی باشد . زیرا به کمک نرمالیزه کردن تمام تغیراتی که در نتیجه عملیات قبلی بر روی فولاد در ساختار دانه ای و در خواص معین ظاهر گشته است بر طرف می شود .

در نرمالیزه کردن سرعت سرد کردن تأثیر قابل ملاحظه روی درجه حرارت تبدیل آستنیت و ریزی پرلیت خواهد داشت . عموما هر چقدر سرعت سرد کردن بیشتر باشد درجه حرارت تبدیل آستنیت پاینتر و پرلیت ریزتر خواهد بود .

بهتر است قطعات فولادی ریخته گری شده بعد از تولید ، نرمالیزه شوند تا چنانچه احیانا ساختاری با خواص میکانیکی نامناسب در آنها ایجاد شده ، بر طرف شود .

در مواردی برای به دست آوردن دانه های درشت فولاد را در درجه حرارت نرمالیزه کردن در ناحیه γ حرارت داده و سپس آهسته سرد می کنند . فولادی که این چنین به دست می آیند دارای دانه های درشت بوده و تا حدودی با تردی کمتر دارای قابلیت خوبی برای عملیات براده برداری است .

روش کار :

ابتدا دو نمونه از فولاد مورد نظر که می خواهد عملیات حرارتی روی آن انجام شود تهیه نموده و یک قطعه را به عنوان نمونه شاهد نگه داشته و قطعه دیگر را عملیات حرارتی

 می کنیم .  دمای کوره برای  Ck45 حدود  850ºC برای SCM420H حدودC º900 و برای 41Cr4 حدود 870ºC خواهد که البته میزان زمانی که باید قطعه در این دما نگه داشته شود به حجم قطعه بستگی دارد .

سپس آنها را از کوره در آورده و در دمای محیط سرد می کنیم .

پس از آن باید هر دو نمونه را (نمونه شاهد و نمونه عملیات حرارتی شده ) برای عملیات متالوگرافی آماده کنیم که شامل سمباده زنی ، پولش کاری و اچ کردن میباشد .

براي انجام عمليات متالوگرافي شروع به سنباده زني قطعات مي كنيم (اين نوع سمباده ها از انواع سمباده هاي پوست وآب هستند به همين جهت ابتدا آنها را به وسيله آب تر مي كنيم).

براي شروع كار ابتدا از سمباده شماره120استفاده مي كنيم و قطعه كار را بر روي آن به صورتي كه تمام سطح قطعه كار بطوريكنواخت با سمباده در تماس باشدبا حركت بالا وپائين بردن قطعه بر روي سمباده كه سطح سمباده قبلاًبه وسيله مايع روان ساز(آب) كاملاً تر شده است و نقش مايع روان ساز علاوه بر تسهيل در حركت كردن قطعه بر روي سطح سمباده باعث راحت تر حركت كردن ذرات سمباده هاي جدا شده بر روي سطح سمباده مي شوند.

عمليات سمباده زني را تا هنگامي كه تمام خطهايي كه بر روي قطعه ما باقي مانده است در جهت سمباده زني ما باشد ادامه ميدهيم.

2-2سپس از سمباده شماره 360 استفاده مي كنيم ،سطح سمباده را به طور كامل باآب تر مي كنيم براي آسان تر شدن حركت قطعه بر روي سطح سمباده و راحت تر حركت كردن ذرات سمباده هاي جدا شده بر روي سطح سمباده.

در مرحله2-2بايد قبل از شروع عمليات سمباده زني قطعه كار را 90درجه بچرخانيم

دليل اين عمل اينست كه ما بتوانيم راحت تر متوجه بشويم كه چه زماني اين مرحله از سمباده زني ما به پايان رسيده است (با توجه به شيارهايي كه فقط در جهت سمباده زني ما بر روي قطعه باقي مي ماند).

اين مرحله از سمباده زني حدوداً35 ثانيه طول كشيد .

3-2اينبار از سمباده شماره 400 استفاده مي كنيم سطح سمباده را به طور كامل باآب تر مي كنيم اين بار نيز قطعه را 90درجه مي چرخانيم (كه دليل اين امر در مرحله

2-2گفته شد).اين مرحله تقريباً26ثانيه طول كشيد.

4-2در اين مرحله از سمباده 800 استفاده مي كنيم سطح سمباده را به طور كامل باآب تر مي كنيم اين بار طبق مراحل قبل قطعه را 90درجه مي چرخانيم.

5-2در اين مرحله از سمباده 1000 استفاده مي كنيم سطح سمباده را به طور كامل باآب تر مي كنيم وقطعه را 90درجه مي چرخانيم و عمليات سمباده زني را شروع

 مي كنيم.

6-2 در اين مرحله از سمباده 1200 استفاده مي كنيم سطح سمباده را به طور كامل باآب تر مي كنيم وقطعه را 90درجه مي چرخانيم و عمليات سمباده زني را شروع

 مي كنيم.

اين مرحله از سمباده زني آخرين مرحله از سمباده زني ما مي باشد (بسته به نياز ما به هر چه صيقلي تر شدن قطعه دارد ).

بعد از اين مرحله از سمباده زني قطعه ما به تدريج به صورت صيقلي در مي آيد .

1-3پوليش كاري :

در اين مرحله از نمد پشت چسب دار كه بر روي آن خمير الماس و مايع روان ساز (مقدار آن بستگي به نياز ما براي هر چه صيقلي تر شدن قطعه دارد).

براي اين مرحله (بسته به نياز)از خمير الماس 3ميكرون استفاده مي كنيم.

از خمير الماس به جهت از بين بردن شيارهايي كه از مرحله قبل(سمباده زني)بر روي قطعه باقي مانده اند استفاده مي كنيم .

2-3خمير الماس را بر روي نمد (به مقدارلازم) مي ماليم و براي اينكه بهتر و بيشتر بر روي سطح نمد پخش شود به وسيله قطعه كار بر روي نمدو خمير الماس مي كشيم تا اينكار صورت پذيرد.

3-3 مايع روان ساز را بر روي سطح نمد مي كشيم.

ديسك (كه نمد بر روي آن قرار دارد)را روشن مي كنيم سرعت (1)،قطعه را در جهت عكس چرخش ديسك حركت مي دهيم بعد از چند لحظه سرعت را افزايش  مي دهيم (2) وقطعه را مطابق قبل در خلاف جهت گردش ديسك حركت مي دهيم.

اين مرحله به پايان رسيد،در اين مرحله عمق شيارها به 3ميكرون رسيده است.

1-4اچ كردن :براي اين منظور از وحلول نيتال 2% استفاده مي كنيم .

قطعه را به درون اچانت مي بريم(براي نگهداري اچانت ها ازشيشه هاي در سمباده اي استفاده مي كنيم)  بعد از اينكه فطعه را از اچانت خارج كرديم به وسيله الكل آنرا شستشو مي دهيم اين كار بايد سريع انجام شود(بلافاصله پس از خارج كردن قطعه از اچانت).

نمونه هارا در داخل الكل قوطه ور مي كنيم بعد از چند ثانيه سطح قطعه كدر مي شود

(كه بر حسب تجربه زمان آنرا بدست مي آوريم ) كه البته اين امربه جنس قطعه و درصد اسيد اچانت مورد استفاده بستگي دارد.

بعد از اين مرحله نمونه را با خشك كن خشك مي كنيم .

1-5براي اينكه ساختار نمونه هاي مورد آزمايش را ببينيم از ميكروسكوپ مخصوص اين كار استفاده مي كنيم .

در اين آزمايش بزرگنمايي را 400برابر در نظر مي گيريم و ميزان شدت نور را با استفاده از قسمتي كه در پائين ميكروسكوپ تعبيه شده است تنطيم مي كنيم .

حال ساختار نمونه هاي مورد آزمايش را كه به وسيله ميكروسكوپ مشاهده شده است را در زير ميتوانيد ملاحظه نمائيد.

نتایج حاصل :

چناچه مشاهده می شود ساختار میکروسکپی نمونه ای که نرمالیزه شده ریزتر و نسبت به نمونه شاهد ساختاری یکنواخت تر دارد .

سؤالات :

1-محدوده دمايي مناسب براي هر يك از سه نوع فولاد مورد آزمايش را تعيين نمائيد ؟

محدوده دمایی نرمالایز تنها 50ºC بالاتر از دمای آستنیته پیشنهاد می شود زیرا اگر بیشتر از آن باشد دانه های فولاد درشت می شود و باعث افت خواص فولاد میشود که  بر خلاف هدف نرمالایز است که هدف آن ریز کردن ساختار فولاد است .

2- چرا عمليات نرماله كردن براي قطعات خيلي بزرگ پيشنهاد نمي شود ؟

زیرا هنگامی که قطعات بزرگ را سرد می کنند سطح آن سریع سرد شده ولی مغز و مرکز آن هنوز دمای بالایی دارد و هنگامی که مغز آن سرد می شود و می خواهد از فاز γ به α تبدیل شود جسم تمایل به ازدیاد حجم پیدا می کند ولی چون سطح آن کاملأ شکل گرفته قادر به این ازدیاد حجم نبوده و باعث ایجاد تنش در داخل قطعه می شود

3- چرچرا عمليات نرماله كردن براي قطعات بسيار كوچك (مخصوصا فولادهاي آلياژي)

 توصیه نمی شود ؟

زیرا طبق نمودار TTT زمان لازم برای اینکه ساختار قطعه به مارتنزیت یا بینایت تبدیل شود در فولادهای آلیاژی خیلی  بیشتر از فولادهای ساده کربنی است و اگر فولاد های آلیاژی مخصوصا اگر کوچک باشد را در هوا سرد کنیم باعث ایجاد خواص سختکاری میشود نه آن خواصی که از نرمالایزینگ انتظار می رود.

ريز ساختار نمونه311:

ريز ساختار نمونه321:

ريز ساختار نمونه331: