نرماله کردن چدن

روش های نرماله کردن چدن

نرماله کردن چدن به روش های زیر انجام می شود:

به عنوان عملیات حرارتی مستقل، سرمایش در معرض هوا می تواند سختی قطعات ریخته گری شده که در کوره سرد شده اند و در نتیجه نرم هستند را افزایش دهد.

پس از عملیات حرارتی در دمای بالا که به منظور حذف سمنتیت آزاد انجام می گیرد، سرمایش در معرض هوا منجر به ریز ساختار پرلیتی می شود. در صورتی که سرمایش در کوره انجام شود، ریز ساختار نرم فریتی تولید می شود.

بعد از انجماد قطعه ریخته گری و قبل از شروع سرمایش، قطعه از ماسه در آورده شده و در معرض هوا قرار می گیرد. این عمل منجر به افزایش سختی می شود. قطعات با پیچیدگی بالا ممکن است نیاز به تنش زدایی بعد از عملیات نرماله کردن چدن داشته باشند.

پارامتر های موثر نرماله کردن چدن

سرعت گرمایش در فرآیند نرماله کردن چدن تاثیر زیادی روی کیفیت فرآیند ندارد. تنها در مواردی که قطعه نرماله شده ساختار پیچیده ای دارد، سرعت گرمایش بالا و گرادیان حرارتی در قطعه می تواند منجر به اعوجاج یا شکست بشود. زمان نگه داری در این فرآیند از مقدار معین که برای هر نوع چدن مشخص شده است، بیشتر نمی شود. به دلیل اینکه سرعت نفوذ کربن در دمای نرمالیزاسیون چدن بالا است و به سرعت فرآیند به اتمام می رسد. دمای نرماله کردن چدن معمولا 50 درجه بیشتر از محدوده دمای بحرانی انجام می شود. مهم ترین فاکتور در دمای فرآیند نرماله کردن چدن مقدار سیلیسیم است که باعث تغییر محدوده دمای بحرانی می شود. با استفاده از پنکه های بزرگ می توان سرعت سرمایش در معرض هوا را افزایش داد.

فرآیند نرماله کردن چدن خاکستری

هدف عملیات نرماله کردن چدن خاکستری افزایش سختی و استحکام قطعه یا بازیابی نسبی خواص مکانیکی بعد از ریخته گری است. خواص مکانیکی قطعه ممکن است توسط عملیات حرارتی دیگری مثل گرافیت سازی یا هرگونه عملیات حرارتی قبل یا بعد از جوشکاری تغییر داده شده شوند. نرمالیزاسیون چدن معمولا بین 860 تا 920 درجه سانتیگراد برای چدن خاکستری استحکام بالا و 890 تا 950 درجه سانتیگراد برای چدن خاکستری استحکام پایین انجام می شود. دمای 815 درجه سانتیگراد اغلب به طور متوسط دمای استحاله چدن خاکستری در نظر گرفته می شود.

طی حرارت دهی تا دمای نرماله کردن چدن ساختار قطعه ریخته گری شده به آستنیت بدل می شود. بعد از سرمایش آهسته، این ساختار به ترکیبی از فریت و سمنتیت تبدیل می شود. ابعاد دانه های ساختار نهایی به حداکثر دمای فرآیند نرماله کردن و درصد آلیاژی بستگی دارد. بالاتر رفتن دمای نرمالیزاسیون چدن منجر به ایجاد ساختاری سخت تر و مستحکم تر در چدن های آلیاژی خواهد شد.

در چدن های غیرآلیاژی سختی و استحکام نهایی مستقل از دمای نرمالیزاسیون چدن است و تمامی قطعات نرماله شده سختی کمتر از قطعه ریخته گری شده خواهند داشت. در نتیجه، فرآیند نرماله کردن موجب سخت شدن چدن های آلیاژی و نرم شدن چدن های غیر آلیاژی خواهد شد. یکی از راه های جلوگیری از کاهش سختی و سایر خواص مکانیکی در مدت فرآیند نرماله کردن سرمایش قطعه در کوره تا دمایی زیر فرآیند بحرانی و سپس ادامه سرمایش در معرض هوا است. با کنترل تغییرات خواص مکانیکی طی نرماله کردن می توان تا حد خوبی به خواص اولیه دست پیدا کرد.

عوامل موثر روی خواص چدن خاکستری بعد از نرماله کردن

دو عامل روی سختی و استحکام قطعه نهایی بعد از انجام فرآیند نرماله کردن چدن تاثیر می گذارند. مقدار کلی کربن موجود در ساختار منجر به افزایش درصد سمنتیت ساختار می شود. عناصر دیگر نیز روی حلالیت کربن در آستنیت تاثیر می گذارند. برخی از عناصر، حلالیت کربن در آستنیت را افزایش داده و برخی دیگر درصد حلالیت را کاهش می دهند. تاثیر این عناصر نیز در پارامتر مقدار کلی کربن لحاظ می شود.

فاصله بین لایه ای پرلیت نیز روی خواص مکانیکی نهایی قطعه نرماله شده تاثیر می گذارد. سرعت سرمایش در فرآیند نرماله کردن روی فاصله بین لایه ای پرلیت تاثیر می گذارد. با افزایش سرعت سرمایش در فرآیند نرمالیزاسیون چدن ، فاصله بین لایه ای کمتر شده و سختی و استحکام نهایی نیز کاهش می یابد. افزایش بیش از حد سرعت سرمایش ممکن است موجب تشکیل مارتنزیت در ساختار و ترد شدن آن شود. تشکیل مارتنزیت قابلیت ماشین کاری چدن را کاهش می دهد.

زمان نگه داری توصیه شده برای چدن خاکستری در دمای نرماله کردن چدن به ازای هر 25 میلی متر ضخامت مقطع قطعه یک ساعت در نظر گرفته می شود. عناصر آلیاژی از جمله کروم، مولیبدن و نیکل مکانیسم استحکام دهی نرمالیزاسیون چدن را تقویت می کنند.

تصویر بالا تاثیر دمای حرارت دهی را روی استحکام و سختی دو چدن خاکستری غیر آلیاژی و آلیاژی به تصویر می کشد. استحکام کششی با واحد مگاپاسکال و سختی با واحد برینل در جدول آورده شده است.

فرآیند نرماله کردن چدن داکتیل

هدف نرماله کردن چدن با گرافیت کروی یا داکتیل تقویت استحکام کششی است. نرماله کردن چدن داکتیل ، در دمای 920 تا 950 درجه سانتیگراد به مدت تقریبا 1 ساعت به ازای هر 25 میلی متر ضخامت مقطع قطعه انجام می شود. وجود عناصری مثل قلع و آنتیموان در ساختار چدن داکتیل که موجب کاهش نفوذ کربن می شوند، زمان مورد نیاز برای عملیات نرمالیزاسیون چدن را افزایش خواهند داد. به طور کلی دما و زمان نگه داشتن با ترکیب آلیاژی چدن تغییر می کند. سیلیسیم و کروم بیشترین تاثیر را روی این دو عامل دارد.

در اغلب موارد، نرماله کردن چدن داکتیل ساختاری از پرلیت ریز با گرافیت های کروی ایجاد می کند. این ساختار در صورتی ایجاد می شود که سیلیسیم آلیاژ خیلی بالا نباشد و مقدار منگنز کافی باشد. ریزساختار به دست آمده پس از نرماله کردن چدن بستگی به ترکیب آلیاژی چدن و سرعت سرمایش خواهد داشت. سرعت سرمایش در ابتدا به حجم قطعه ریخته گری شده و سپس به دما و حرکت هوای اطراف قطعه بستگی خواهد داشت. تاثیر عناصر آلیاژی و ابعاد قطعه روی سختی حاصل از عملیات نرماله کردن در نمودار زیر آورده شده است.

عملیات حرارتی بعد از نرماله کردن چدن داکتیل

نرماله کردن چدن داکتیل معمولا با تمپر کردن همراه می شود. دلیل تمپر کردن رسیدن به سختی مطلوب و تنش زدایی تنش های پسماند ناشی از سرمایش در معرض هوا در مقاطع مختلف قطعه ریخته گری شده است. بعد از نرماله کردن، عملیات تمپر به منظور تقویت چقرمگی و مقاومت به ضربه نیز انجام می شود. در این راستا، قطعه ریخته گری شده بعد از سرمایش در معرض هوا در دمای 425 تا 650 درجه سانتیگراد حرارت داده شده و حدود 1 ساعت به ازای هر 25 میلی متر نگه داری می شود.

در حالت معمول، ریزساختار پس از نرماله کردن چدن از پرلیت ریز و گرافیت کروی تشکیل می شود. اضافه کردن عناصر آلیاژی مثل نیکل ، مولیبدن و منگنز به توسعه یک ساختار تماما پرلیتی کمک می کند. 

هزینه نرماله کردن چدن

نرماله کردن چدن و به طور کلی عملیات حرارتی چدن ها فرآیند هایی بسیار ضروری در مراحل تولید قطعه به شمار می روند. بنابراین هزینه نرماله کردن چدن جزو هزینه های ضروری فرآیند تولید است. به طور کلی با توجه به عدم لزوم اعمال کنترل بالا و سیکل نسبتا ساده این فرآیند، قیمت نرماله کردن چدن نسبت به عملیات حرارتی دیگر پایین است. هر چند با توجه به نوع چدن و ابعاد آن ممکن است تغییراتی بکند.