Çeliğin Normalleştirilmesi – İşlem, Sıcaklık, Mikro yapı ve Uygulama

Çeliğin normalleştirilmesi temel süreçlerden biridir çeliğin ısıl işlemiAna amacı, daha homojen ve ince taneli bir mikro yapı elde etmek, önceki teknolojik işlemlerin etkilerini azaltmak ve malzemeyi daha sonraki ısıl veya mekanik işlemlere hazırlamaktır. Normalleştirme, çeliğin mukavemetini, sertliğini, darbe dayanımını, sünekliğini ve işlenebilirliğini etkileyebilir, ancak bu değişikliklerin boyutu öncelikle karbon içeriğine, alaşım elementlerine ve malzemenin başlangıç ​​yapısına bağlıdır.
Bu işlem, çeliği uygun östenitleşme derecesini sağlayacak bir sıcaklığa kadar ısıtmayı, malzemeyi bu sıcaklıkta ısıtmayı ve ardından durgun havada soğutmayı içerir. Soğutma yöntemi, normalleştirme ve tam tavlama arasındaki temel farklardan biridir. Hava soğutması, fırın soğutmasından daha hızlıdır ve bu da tane boyutunu ve ortaya çıkan mikroyapıyı etkiler.
Normalleştirme işlemi esas olarak alaşımsız ve düşük alaşımlı çelikler için kullanılır. Bir parçanın son ısıl işlemi olarak veya sertleştirme, ısıl işlem veya işleme gibi daha sonraki işlemlerden önce ara bir işlem olarak gerçekleştirilebilir.

Çeliği normalleştirme nedir?

Normalleştirme işlemi sırasında çelik, kimyasal bileşimine uygun östenitik aralığa kadar ısıtılır. Isıtma işlemi sırasında, östenit oluşumuna ve yapının homojenleşmesine yol açan dönüşümler meydana gelir. Daha sonra parça fırından çıkarılır ve havada soğutulur.
Soğuma sırasında, östenit, çeliğin bileşimine ve soğuma hızına bağlı olarak, öncelikle ferritik-perlitik veya perlitik yapıların oluşumuna yol açan dönüşümlere uğrar. Alaşımlı çeliklerde, alaşım elementleri sertleşebilirliği ve faz dönüşümlerinin kinetiğini etkilediğinden, dönüşüm süreci daha karmaşık olabilir.
Normalleştirme, dövme, sıcak haddeleme veya döküm gibi homojen olmayan veya iri taneli bir yapıya yol açabilecek işlemlerden sonra özellikle faydalıdır.

Çeliğin normalleştirilmesinin amacı

Normalleştirme işlemi çeşitli teknolojik amaçlara hizmet edebilir. İşlemin kesin amacı, çelik kalitesine, malzemenin durumuna ve kullanım amacına bağlıdır.
Standardizasyonun en önemli hedefleri şunlardır:

• tane inceltmesi – Doğru şekilde gerçekleştirilen östenitleştirme ve ardından gelen soğutma, daha ince taneli bir yapı elde edilmesini sağlar.
• mikro yapının homojenleştirilmesi – özellikle dövme, haddeleme, döküm ve diğer yüksek sıcaklık işlemlerinden sonra,
• mekanik özelliklerin iyileştirilmesi – Normalleştirme işlemi, tamamen tavlanmış duruma kıyasla mukavemeti ve sertliği artırırken, kullanışlı sünekliği ve darbe dayanımını koruyabilir.
• önceki tedavinin olumsuz etkilerini sınırlamak – yapısal homojen olmama ve aşırı tane büyümesi dahil,
• Çeliğin daha ileri ısıl işlem için hazırlanması – örneğin sertleştirme veya ısıl işlem iyileştirme,
• işleme için malzemenin hazırlanması – Bazı çeliklerde, normalleştirme sonrasında elde edilen uygun yapı, daha sonraki işlemler için koşulları iyileştirebilir.
• elemanın kesitinde daha homojen özellikler elde etmek – özellikle dövme, döküm ve sıcak işlemden geçirilmiş yarı mamul ürünler söz konusu olduğunda önemlidir.

Çeliğin normalleştirme işleminin etkisini etkileyen faktörler

Normalleştirme işleminden sonra çeliğin nihai özellikleri, tüm ısıl işlem döngüsüne bağlıdır. Aynı sıcaklıkta bile, iki çelik kalitesi hava soğutması sonrasında farklı mikroyapılar ve özellikler geliştirebilir.

Çeliğin normalleştirme sıcaklığı

Normalleştirme sıcaklığı, tüm çelik kaliteleri için tek bir sabit değer değildir. Malzemenin kimyasal bileşimine ve faz dönüşümleriyle ilişkili kritik sıcaklıklara göre seçilir.
Ötektik bileşime göre daha az karbon içeren, yani hipoötektik çelikler için normalleştirme işlemi genellikle kritik sıcaklığın üzerinde gerçekleştirilir. Ac3Pratikte, malzemenin uygun şekilde östenitleştirilmesini sağlamak için işlem sıcaklığı genellikle Ac3'ten yeterince yüksektir.
Öteötektik çelikler söz konusu olduğunda, sıcaklık seçim kuralları çizgiyi dikkate almayı gerektirir. acm ve beklenen mikroyapı. Bu nedenle, tüm çelikler için tek bir aralık, örneğin 800–950°C, belirtmek yalnızca büyük bir basitleştirmedir.
Belirli bir çelik kalitesi için gerçek normalleştirme sıcaklığı, malzemenin özelliklerine, ilgili standarda, teknolojik dokümanlara veya üreticinin tavsiyelerine göre belirlenmelidir.

Çeliğin normalleştirilmesi – işlem akışı

Normalizasyon süreci üç temel aşamaya ayrılabilir: ısıtma, tavlama ve soğutma.

1. Isıtma

Parça, ilgili çelik kalitesi için uygun olan normalleştirme sıcaklığına kadar ısıtılır. Isıtma hızı, parçanın boyutunu, geometrisini, kesit kalınlığını ve malzemenin ısı iletkenliğini dikkate almalıdır. Büyük veya karmaşık parçalar için, çok hızlı ısıtma önemli sıcaklık gradyanlarına ve buna bağlı termal gerilmelere neden olabilir.

2. Isıtma

İstenilen sıcaklığa ulaşıldıktan sonra, malzemenin kesit boyunca sıcaklığın eşitlenmesine ve gerekli yapısal dönüşümlerin gerçekleşmesine yetecek süre boyunca ısıtılması işlemi yapılır. Isıtma süresi, parçanın boyutlarına, kütlesine, çelik kalitesine, ısıtma yöntemine ve fırın tipine bağlıdır.
Zaman ve milimetre cinsinden kalınlık arasındaki basit ilişki, tüm bileşenler için evrensel bir kural olarak kabul edilmemelidir. Endüstriyel teknolojide, parametreler belirli malzemeler ve parçalar için tanımlanmalıdır.

3. Hava soğutma

Tavlama işleminden sonra parça hava ile soğutulur. Soğutma, malzemenin fırınla ​​birlikte yavaşça soğuduğu tipik tam tavlama işlemine göre daha hızlıdır. Soğutma hızındaki bu fark, östenit dönüşümünü ve malzemenin nihai mikroyapısını etkiler.
Soğutma koşulları da rol oynar. Bileşen boyutu, ortam sıcaklığı, hava hareketi ve bileşen yönü, gerçek ısı dağıtım hızını etkileyebilir.

Normalleştirme işleminden sonra çeliğin mikro yapısı

Normalleştirmenin en önemli etkilerinden biri, çeliğin mikroyapısının değiştirilmesidir. Tipik hipoötektik çeliklerde, doğru şekilde yürütülen bir işlem, ferrit ve perlit içeren bir yapı üretir. Karbon içeriği arttıkça, perlit içeriği de artar.
Tam tavlama sırasında gerçekleşen yavaş soğumaya kıyasla, normalleştirme sırasında elde edilen yapı genellikle daha incedir. Daha ince bir perlitik yapı ve uygun tane boyutu, malzemenin mukavemetini ve sertliğini artırabilir.
Ancak nihai mikroyapı sadece normalleştirme sıcaklığına değil, aynı zamanda şunlara da bağlıdır:

• karbon içeriği,
• Alaşım elementlerinin türü ve içeriği,
• östenit tane boyutu,
• ısıtma süresi,
• elemanın boyutları,
• soğutma hızları,
• Normalleştirme işleminden önce malzemenin mikro yapısı.

Normalizasyonun çeliğin mekanik özelliklerine etkisi

Normalleştirme işlemi çeliğin mekanik özelliklerini önemli ölçüde etkileyebilir, ancak bu değişikliklerin büyüklüğü çeliğin bileşimine ve başlangıç ​​durumuna bağlıdır. Bu işlem, tüm kalitelerde aynı sonuçları veren evrensel bir yöntem olarak kabul edilmemelidir.

Gerilme direnci

Normalleştirme işleminden sonra elde edilen daha ince mikroyapı, tamamen tavlanmış çeliğe kıyasla çekme dayanımında artışa yol açabilir. Bu etki, diğer faktörlerin yanı sıra, karbon içeriğine ve alaşım elementlerine bağlıdır.

Akma noktası

Mikro yapı değişiklikleri ve tane incelmesi de akma dayanımını etkileyebilir. Bu özellik, özellikle yük taşıyıcı bileşenler için tasarlanmış yapısal çelikler için önemlidir.

Sertlik

Normalleştirilmiş çelik, daha hızlı soğutma daha ince bir yapının gelişmesini sağladığı için genellikle tam olarak tavlanmış çelikten daha serttir. Bununla birlikte, normalleştirme, uygun şekilde sertleştirilmiş martensitik çeliğin karakteristik sertliğine ulaşamaz.

Darbe dayanımı ve süneklik

Tane inceltme ve yapısal homojenizasyon, darbe dayanımını ve yük altında malzeme davranışını olumlu yönde etkileyebilir. Bununla birlikte, çelik kalitesi ve işlem parametreleri dikkate alınmadan spesifik etki belirlenemez.

İşlenebilirlik

Normalleştirmenin işlenebilirlik üzerindeki etkisi tüm çelikler için aynı değildir. Düşük karbonlu çeliklerde, sertlikteki bir miktar artış talaş oluşumunu iyileştirebilir ve aşırı malzeme sünekliğini azaltabilir. Diğer durumlarda, işleme öncesinde yumuşak tavlama veya küreselleştirme tavlaması daha faydalı olabilir.

Normalleştirme ve Tavlama Karşılaştırması

Normalleştirme ve tavlama, çeliğin ısıtılması ve kontrollü soğutulmasını içeren işlemlerdir, ancak temel olarak soğutma koşulları ve ortaya çıkan mikroyapı bakımından farklılık gösterirler.
Normalleştirme işleminden sonra çelik genellikle havada soğutulurken, tam tavlama sırasında soğutma çok daha yavaş gerçekleşir ve genellikle fırınla ​​birlikte yapılır. Sonuç olarak, normalleştirilmiş çelik, karşılık gelen tam tavlanmış malzemeye göre tipik olarak daha ince bir yapıya, daha yüksek sertliğe ve mukavemete sahiptir.
Eğer asıl amaç, malzemenin yapısını temelden değiştirmeden artık gerilimleri azaltmak ise, gerilim giderme tavlaması.

Normalleştirme ve sertleştirme

Çelik sertleştirme Normalleştirme işleminden temel farkı soğutma hızı ve istenen yapısal etkidir. Sertleştirme sırasında amaç, östeniti soğutarak genellikle önemli miktarda martensit içeriğine sahip yüksek sertlikte bir yapı elde etmektir.
Normalleştirme işlemi daha yavaş hava soğutması kullanır ve tipik karbon çeliklerinde martensitik bir yapı oluşturmak için kullanılmaz. Bununla birlikte, malzemenin daha sonraki sertleştirme veya ısıl işlem için hazırlanmasında bir adım olabilir.

Normalleştirmek mi, Yoksa Bırakmak mı?

Bırakmak Genellikle sertleştirme işleminden sonra gerçekleştirilen bir işlemdir. Amacı, sertleştirilmiş çeliğin yapısını değiştirmek ve istenen sertlik, mukavemet ve süneklik kombinasyonunu elde etmektir.
Öte yandan normalleştirme, bağımsız bir ısıl işlem olabileceği gibi, malzemenin sonraki işlemler için hazırlanması aşaması da olabilir. Bu nedenle, her iki işlemin de farklı teknolojik hedefleri vardır.

Normalleştirme ve gerilim giderme tavlaması

Normalleştirme, çeliğin östenitleşmesine ve soğuma sırasında yeni bir mikroyapının oluşmasına yol açar. Öte yandan, gerilim giderme tavlaması daha düşük bir sıcaklıkta gerçekleştirilir ve esas olarak malzemenin temel mikroyapısı ve özelliklerine olan etkiyi en aza indirirken artık gerilimleri azaltmayı amaçlar.

Çeliğin normalleştirilmesi ve diğer ısıl işlem yöntemleri

Normalleştirme, tavlama, sertleştirme ve temperleme işlemleri, işlem sıcaklığı, soğutma yöntemi ve istenen etki bakımından farklılık gösterir. Aşağıdaki tablo, bu işlemler arasındaki temel farklılıkları özetlemektedir.

Çeşitli çelik kalitelerinin normalleştirilmesi

Alaşımsız yapısal çelikler

Normalleştirme, alaşımsız yapısal çeliklerde yaygın olarak kullanılır. Bu işlem, haddeleme, dövme veya dökümden sonra yapıyı inceltmek ve homojenleştirmek ve gerekli mekanik özellikleri elde etmek için kullanılabilir.

Karbon çelikleri

Karbon çeliklerinde normalleştirme etkisi, karbon içeriğiyle yakından ilişkilidir. Karbon içeriği arttıkça, perlit içeriği de artar ve malzemenin sertliği, mukavemeti ve sünekliği değişir. Karbon içeriği artırılmış çelikler grubuna C55S, C67S, C75S, C85S ve C100S yay çelikleri dahildir.

Düşük alaşımlı çelikler

Düşük alaşımlı çeliklerde, soğutma sırasında meydana gelen dönüşümler üzerindeki krom, molibden, nikel, manganez ve diğer elementlerin etkisi dikkate alınmalıdır. Bazı kalitelerin artan sertleşebilirliği, çeliğin hava soğutması sırasındaki davranışının sıradan karbon çeliğinden önemli ölçüde farklı olabileceği anlamına gelir.

Yüksek alaşımlı çelikler

Normalizasyon kavramı, tüm yüksek alaşımlı çeliklere otomatik olarak uygulanmamalıdır. Paslanmaz çelikler, ısıya dayanıklı çelikler, takım çelikleri ve diğer özel çelikler için, ilgili grup ve kaliteye uygun ısıl işlemler uygulanır. Parametreler her zaman gerekli mikroyapı ve malzeme özelliklerine dayanmalıdır.

Dövme işlemlerinin normalleştirilmesi

Normalleştirme, özellikle dövme parçaların üretiminde büyük önem taşır. Dövme işlemi sırasında çelik yüksek sıcaklıklara ve önemli plastik deformasyona maruz kalır ve ortaya çıkan yapı homojen olmayabilir.
Uygun şekilde seçilen normalleştirme işlemi, dövme işleminin tane yapısını iyileştirir ve mikroyapısını birleştirir. Malzeme türüne bağlı olarak, ısıl işlemin son aşaması veya sertleştirme ve temperleme için bir hazırlık olabilir.

Çelik dökümlerin normalleştirilmesi

Çelik dökümlerde, normalleştirme işlemi katılaşma ve soğuma sırasında oluşan yapıyı değiştirmek için kullanılabilir. Dökümler, özellikle geniş kesitli olanlar, önemli mikroyapısal ve tane boyutu heterojenliği gösterebilir.
Normalleştirme, uygun kalitelerde daha homojen bir yapı sağlar ve dökümü daha sonraki teknolojik işlemler için hazırlar.

Dövme ve haddeleme sonrası normalleştirme

Son dövme veya haddeleme aşamasındaki koşullar, yarı mamulün mikroyapısı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Sıcaklık yüksekse veya malzeme kontrolsüz bir şekilde soğutulursa, aşırı tane büyümesi veya yapısal homojen olmama durumu meydana gelebilir.
Bu gibi durumlarda normalleştirme, daha sonraki ısıl veya mekanik işlemlerden önce daha öngörülebilir bir yapı elde edilmesini sağlayan bir hazırlık işlemi görevi görebilir.

Çelik normalizasyonunun uygulanması

Normalleştirme işlemi, esas olarak mikroyapıyı homojenleştirmek, tane yapısını inceltmek veya malzemeyi sonraki üretim aşamalarına hazırlamak gerektiğinde kullanılır.
Tipik uygulama alanları şunlardır:

• Dövme parçalar ve dövme elemanlar,
• çelik dökümler,
• şaftlar ve akslar,
• makinelerin ve cihazların unsurları,
• yapısal parçalar,
• Sıcak haddelemeden sonra elde edilen yarı mamul ürünler,
• Sertleştirme ve temperleme için hazırlanan elemanlar,
• Daha ileri işleme tabi tutulan parçalar.

Çeliğin normalleştirilmesinin avantajları

• Tahılların kırılma olasılığı,
• mikro yapının homojenleştirilmesi,
• Seçilen mekanik özelliklerin iyileştirilmesi,
• Malzemenin sonraki ısıl işlem süreçlerine hazırlanması yeteneği,
• nispeten basit bir hava soğutma yöntemi,
• Dövme, haddeleme ve döküm işlemlerinden sonra kullanılabilir.
• Bu işlem, birçok karbon çeliğinde tipik tam tavlama işleminden sonra elde edilenden daha yüksek sertlik ve mukavemet elde edilmesini sağlar.

Normalizasyonun dezavantajları ve sınırlamaları

• Bu işlem her çelik türü için uygun değildir.
• Hava soğutması, geniş veya değişken kesit alanına sahip elemanlarda soğutma hızlarında farklılıklara neden olabilir.
• Karmaşık geometriye sahip elemanların deformasyonu mümkündür.
• Normalleştirme işlemi, sertleştirme işleminin sağladığı sertlik özelliğini sağlamaz.
• Bu, öncelikle artık gerilimlerin maksimum düzeyde giderilmesini amaçlayan bir süreç değildir.
• Sertleşme kabiliyeti artırılmış çeliklerde, havada soğutma, tipik karbon çeliklerine göre farklı yapılar oluşmasına yol açabilir.
• Yanlış sıcaklık, aşırı tane büyümesine ve malzeme özelliklerinin bozulmasına yol açabilir.

Doğru normalizasyon etkisi neye bağlıdır?

Normalleştirme işleminin etkinliği, yalnızca maksimum sıcaklığa değil, tüm teknolojik döngünün doğru seçimine bağlıdır. Çelik kalitesi, kimyasal bileşimi, başlangıç ​​yapısı, bileşen boyutları ve geometrisi, ısıtma hızı, östenitleme sıcaklığı ve süresi ile gerçek soğutma koşulları dikkate alınmalıdır.
Özellikle aşırı yüksek sıcaklıklardan veya aşırı uzun bekleme sürelerinden kaçınmak önemlidir, çünkü bunlar östenit tane büyümesine yol açabilir. Tersine, yetersiz sıcaklıklar veya çok kısa bekleme süreleri, gerekli yapısal homojenliğin elde edilmesini engelleyebilir.
Çeliğin normalleştirilmesi Östenitleştirme, malzemenin uygun östenitleştirme sıcaklık aralığına kadar ısıtılması, tavlanması ve ardından hava ile soğutulmasını içeren bir ısıl işlem sürecidir. Bu süreç esas olarak tane yapısını inceltmek, mikroyapıyı homojenleştirmek ve daha ileri işleme veya kullanım için uygun özellikler elde etmek amacıyla kullanılır.
Tam tavlamaya kıyasla, normalleştirme daha hızlı soğutma kullanır; bu nedenle birçok karbon çeliğinde daha ince bir yapıya, daha yüksek sertliğe ve mukavemete yol açar. Bununla birlikte, sertleştirme, temperleme veya gerilim giderme tavlamasının yerini tutmaz; bu işlemlerin her biri farklı bir teknolojik amacı güder.

Çeliğin ısıl ve termokimyasal işlem yöntemleri

Yumuşatma, çeliğin mikroyapısını ve özelliklerini değiştirmek için kullanılan işlemlerden sadece biridir. İstenen etkiye bağlı olarak, normalleştirme, gerilim giderme, sertleştirme, temperleme ve karbürleme ve nitrürleme gibi termokimyasal işlemler de kullanılır.

Çelik ısıl işlem yöntemleri

• Çeliğin normalleştirilmesi – Tane inceltmesi ve mikroyapı birleşimi.
• Wyżarzanie odprężające – Artık gerilimlerin azaltılması.
• Çeliğin yumuşaması – sertliği azaltır ve daha ileri işlemlere karşı duyarlılığı artırır.
• Tam tavlama – östenitleştirme ve yavaş soğutma.
• İzotermal tavlama – Dönüşüm, uygun şekilde seçilmiş bir sıcaklıkta tutularak gerçekleştirilir.
• Küresel tavlama – küreselleştirme – Sementit veya diğer karbürlerin morfolojisinde meydana gelen değişiklik.
• Yeniden kristalleşme tavlaması – Ezilme etkilerinin giderilmesi ve esnekliğin yeniden kazandırılması.
• Homojenleştirici tavlama – Ayrışmayı azaltmak ve malzeme bileşimini homojenleştirmek.
• Sertleştirme ve ısıl işlem – Sertleştirme ve temperleme yoluyla mikroyapıyı ve özellikleri şekillendirme.
• Çeliğin temperlenmesi – Sertleştirme işleminden sonra çelik özelliklerinin kontrollü bir şekilde değiştirilmesi.
• İndüksiyonla sertleştirme – Yüzeyden ısıtma ve hızlı soğutma.
• Alevle sertleştirme – Alevle lokal ısıtma sonrası yüzey sertleşmesi.
• Aşırı doygunluk – Uygun bir termal döngü ile aşırı doymuş katı çözelti elde edilmesi.
• Yaşlanma – Malzeme mukavemetini artıran kontrollü faz ayrışması.

Çeliğin termokimyasal işleme yöntemleri

• Çeliğin nitrürlenmesi – Yüzey tabakasının difüzyon yoluyla azotla zenginleştirilmesi.
• Çelik karbonlama – Yüzeyin difüzyon yoluyla karbonla zenginleştirilmesi.
• Karbonitridleme – Yüzey tabakasının eş zamanlı olarak karbon ve azotla zenginleştirilmesi.
• Nitrokarbürizasyon / nitrokarbürizasyon – Katmanın öncelikle azot ve karbonla zenginleştirilmesi.
• Sondaj – Yüzeyin bor ile difüzyon doygunluğu.
• Difüzyon krom kaplama – Krom tabakasının difüzyon yoluyla zenginleştirilmesi.
• Difüzyon alüminyumlaştırma – Alüminyum tabakasının difüzyon yoluyla zenginleştirilmesi.