آزمایش عملیات حرارتی نرمالیزه کردن فولاد

آزمایش عملیات حرارتی نرمالیزه کردن فولاد

عنوان آزمایش :  عملیات نرماله کردن

هدف آزمایش :

 1- افزایش انعطاف پذیری 2- یکنواخت کردن ریز ساختار

3- ریز کردن دانه ها 4- افزایش قابلیت ماشینکاری 5- یکنواخت کردن بیشتر عناصر آلیاژی

تئوری آزمایش :

نرمالیزه کردن یکی از انواع عملیات حرارتی است . نرمالیزه کردن فولاد حرارت دادن در درجه حرارتهای کمی(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 .

برای انجام عملیات متالوگرافی شروع به سنباده زنی قطعات می کنیم (این نوع سمباده ها از انواع سمباده های پوست وآب هستند به همین جهت ابتدا آنها را به وسیله آب تر می کنیم).

برای شروع کار ابتدا از سمباده شماره120استفاده می کنیم و قطعه کار را بر روی آن به صورتی که تمام سطح قطعه کار بطوریکنواخت با سمباده در تماس باشدبا حرکت بالا وپائین بردن قطعه بر روی سمباده که سطح سمباده قبلاًبه وسیله مایع روان ساز(آب) کاملاً تر شده است و نقش مایع روان ساز علاوه بر تسهیل در حرکت کردن قطعه بر روی سطح سمباده باعث راحت تر حرکت کردن ذرات سمباده های جدا شده بر روی سطح سمباده می شوند.

عملیات سمباده زنی را تا هنگامی که تمام خطهایی که بر روی قطعه ما باقی مانده است در جهت سمباده زنی ما باشد ادامه میدهیم.

2-2سپس از سمباده شماره 360 استفاده می کنیم ،سطح سمباده را به طور کامل باآب تر می کنیم برای آسان تر شدن حرکت قطعه بر روی سطح سمباده و راحت تر حرکت کردن ذرات سمباده های جدا شده بر روی سطح سمباده.

در مرحله2-2باید قبل از شروع عملیات سمباده زنی قطعه کار را 90درجه بچرخانیم

دلیل این عمل اینست که ما بتوانیم راحت تر متوجه بشویم که چه زمانی این مرحله از سمباده زنی ما به پایان رسیده است (با توجه به شیارهایی که فقط در جهت سمباده زنی ما بر روی قطعه باقی می ماند).

این مرحله از سمباده زنی حدوداً35 ثانیه طول کشید .

3-2اینبار از سمباده شماره 400 استفاده می کنیم سطح سمباده را به طور کامل باآب تر می کنیم این بار نیز قطعه را 90درجه می چرخانیم (که دلیل این امر در مرحله

2-2گفته شد).این مرحله تقریباً26ثانیه طول کشید.

4-2در این مرحله از سمباده 800 استفاده می کنیم سطح سمباده را به طور کامل باآب تر می کنیم این بار طبق مراحل قبل قطعه را 90درجه می چرخانیم.

5-2در این مرحله از سمباده 1000 استفاده می کنیم سطح سمباده را به طور کامل باآب تر می کنیم وقطعه را 90درجه می چرخانیم و عملیات سمباده زنی را شروع

 می کنیم.

6-2 در این مرحله از سمباده 1200 استفاده می کنیم سطح سمباده را به طور کامل باآب تر می کنیم وقطعه را 90درجه می چرخانیم و عملیات سمباده زنی را شروع

 می کنیم.

این مرحله از سمباده زنی آخرین مرحله از سمباده زنی ما می باشد (بسته به نیاز ما به هر چه صیقلی تر شدن قطعه دارد ).

بعد از این مرحله از سمباده زنی قطعه ما به تدریج به صورت صیقلی در می آید .

1-3پولیش کاری :

در این مرحله از نمد پشت چسب دار که بر روی آن خمیر الماس و مایع روان ساز (مقدار آن بستگی به نیاز ما برای هر چه صیقلی تر شدن قطعه دارد).

برای این مرحله (بسته به نیاز)از خمیر الماس 3میکرون استفاده می کنیم.

از خمیر الماس به جهت از بین بردن شیارهایی که از مرحله قبل(سمباده زنی)بر روی قطعه باقی مانده اند استفاده می کنیم .

2-3خمیر الماس را بر روی نمد (به مقدارلازم) می مالیم و برای اینکه بهتر و بیشتر بر روی سطح نمد پخش شود به وسیله قطعه کار بر روی نمدو خمیر الماس می کشیم تا اینکار صورت پذیرد.

3-3 مایع روان ساز را بر روی سطح نمد می کشیم.

دیسک (که نمد بر روی آن قرار دارد)را روشن می کنیم سرعت (1)،قطعه را در جهت عکس چرخش دیسک حرکت می دهیم بعد از چند لحظه سرعت را افزایش  می دهیم (2) وقطعه را مطابق قبل در خلاف جهت گردش دیسک حرکت می دهیم.

این مرحله به پایان رسید،در این مرحله عمق شیارها به 3میکرون رسیده است.

1-4اچ کردن :برای این منظور از وحلول نیتال 2% استفاده می کنیم .

قطعه را به درون اچانت می بریم(برای نگهداری اچانت ها ازشیشه های در سمباده ای استفاده می کنیم)  بعد از اینکه فطعه را از اچانت خارج کردیم به وسیله الکل آنرا شستشو می دهیم این کار باید سریع انجام شود(بلافاصله پس از خارج کردن قطعه از اچانت).

نمونه هارا در داخل الکل قوطه ور می کنیم بعد از چند ثانیه سطح قطعه کدر می شود

(که بر حسب تجربه زمان آنرا بدست می آوریم ) که البته این امربه جنس قطعه و درصد اسید اچانت مورد استفاده بستگی دارد.

بعد از این مرحله نمونه را با خشک کن خشک می کنیم .

1-5برای اینکه ساختار نمونه های مورد آزمایش را ببینیم از میکروسکوپ مخصوص این کار استفاده می کنیم .

در این آزمایش بزرگنمایی را 400برابر در نظر می گیریم و میزان شدت نور را با استفاده از قسمتی که در پائین میکروسکوپ تعبیه شده است تنطیم می کنیم .

حال ساختار نمونه های مورد آزمایش را که به وسیله میکروسکوپ مشاهده شده است را در زیر میتوانید ملاحظه نمائید.

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 دمایی مناسب برای هر یک از سه نوع فولاد مورد آزمایش را تعیین نمائید ؟

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 عملیات نرماله کردن برای قطعات خیلی بزرگ پیشنهاد نمی 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 عملیات نرماله کردن برای قطعات بسیار کوچک (مخصوصا فولادهای آلیاژی)

 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.

ریز ساختار نمونه311:

ریز ساختار نمونه321:

ریز ساختار نمونه331: