نرماله کردن (Normalizing) یکی دیگر از انواع روش های عملیات حرارتی است که میکروساختار حاصل همانند آنیل کردن شامل پرلیت، مخلوطی از پرلیت و فریت و یا مخلوطی از پرلیت و سمنتیت (بستگی به ترکیب شیمیایی فولاد) است. لیکن، تفاوت‌های مهمی بین نرماله کردن و آنیل کردن وجود دارد. در نرماله کردن، دمای آستنیته کردن برای فولادهای هیپویوتکتویید کمی بالاتر از گستره دمایی مربوط به آنیل کردن است در حالی که برای فولادهای هایپریوتکتویید از گستره ی دمایی حدود 50 درجه سانتیگراد بالای Acm استفاده می شود. برخلاف آنیل کامل که فولاد در کوره سرد می شود در عملیات نرماله کردن قطعات پس از آستنیته شدن در هوا سرد می‌شوند (شکل زیر منحنی ■(. تحت چنین شرایطی آهنگ سرد شدن در حدود 0.1 تا 1 درجه سانتیگراد بر ثانیه است.

از آنجایی که در نرماله کردن فولاد های هیپویوتکتویید گستره دمایی آستنیته کردن بالاتر از گستره دمایی مربوط به آنیل است، ساختار آستنیت و همچنین توزیع عناصر آلیاژی از یکنواختی بیشتری برخوردار خواهد بود. یکی دیگر از اهداف مهم نرماله کردن عبارت است از ریز کردن دانه‌ های درشتی که اغلب به هنگام کارگرم در دمای بالا و یا در ضمن ریخته گری و انجماد به وجود آمده‌ اند. هنگامی که قطعه کارگرم یا ریخته گری شده با دانه‌های درشت در دمایی بین دمای Ac3 و Ac1 قرار بگیرد، دانه‌ های جدید آستنیت جوانه زده و رشد می کنند. در صورتی که دمای آستنیته کردن به گستره دمایی نشان داده شده در شکل زیر محدود شود، آستنیتی با ساختار همگن و دانه‌ های ریز به وجود می آید. حرارت دادن در دماهای بالاتر از گستره دمایی یاد شده ممکن است منجر به درشت شدن دانه‌ ها شود. بنابراین در عملیات نرماله کردن فولادهای هیپویوتکتویید، ابتدا آستنیتی با ساختار همگن و دانه‌های ریز به وجود می‌آید و سپس در اثر سرد شدن در هوا به فریت و پرلیت تبدیل می‌شود. از نظر خواص مکانیکی، میکروساختار حاصل از نرماله کردن می‌تواند در بعضی موارد به عنوان عملیات حرارتی نهایی منظور شود. در مواردی که هدف سخت کردن قطعاتی باشد که دارای دانه‌ های درشت هستند، نرماله کردن به عنوان عملیات حرارتی اولیه جهت ریز کردن دانه‌ها استفاده می‌شود.

دمای سرد کردن (Ar)، گرم کردن (Ac) و تعادلی (A) در آلیاژهای آهن - کربن.
(سرد کردن و گرم کردن یا سرعت 0.125 درجه سانتی گراد بر دقیقه انجام گرفته است)

بخشی از دیاگرام آهن - کربن که محدوده دمایی برای آنیل کامل، نرماله کردن، کار گرم و همگن سازی را نشان می دهد.

برای نرماله کردن فولادهای هایپریوتکتویید از گستره دمایی بین خط Acm و حدود 50 درجه سانتیگراد بالای آن استفاده می‌شود. انتخاب این گستره دمایی به منظور ریز کردن دانه‌های آستنیت، انحلال کاربید های راسب شده و همچنین شکسته شدن شبکه پیوسته کاربیدی که احتمالا در ضمن عملیات قبلی در مرز دانه‌ ها به وجود آمده‌ اند، است. از آنجایی که در نرماله کردن قطعات از دمایی بالاتر از Acm در هوا سرد می شوند، احتمال تشکیل مجدد شبکه پیوسته کاربید در مرز دانه‌ های آستنیت وجود دارد. در این صورت میکروساختار حاصل ممکن است تا حدودی فولاد را ترد و شکننده کند. اگر قرار باشد که این فولاد سخت شود، در ضمن آستنیته شدن مجدد (به منظور سخت کردن) شبکه پیوسته کاربید شکسته شده و ذرات مجتمع و کروی کاربید به دست می آید.
از آنجایی که در نرماله کردن قطعات در هوا سرد می‌شوند، میکرو ساختارهای به دست آمده اختلاف قابل توجهی با میکرو ساختارهای حاصل از آنیل دارند. نمودار نشان دهنده تغییرات دما بر حسب زمان (شکل اول) گستره‌ های دمایی مربوط به دگرگونی آستنیت به مخلوط فریت و پرلیت را برای فولاد هیپویوتکتویید در عملیات آنیل و نرماله کردن نشان می دهد. باتوجه به اینکه در نرماله کردن فریت و پرلیت در دمایی کمتر و با آهنگی بیشتر از آنیل کردن تشکیل می‌شوند، اندازه دانه‌های فریت و سمنتیت و فاصله بین لایه‌ای پرلیت هر دو کاهش می‌یابند. بنابراین، در مقایسه با خواص حاصل از فرایند آنیل، استحکام و سختی افزایش یافته و انعطاف پذیری تا حدودی کاهش می‌یابد.
نکته‌ ای که باید در رابطه با سرد شدن قطعات در هوا در ضمن نرماله کردن بدان توجه داشت این است که، نقاط مختلف در داخل یک قطعه با آهنگ‌ های متفاوت سرد می‌ شوند. همچنین آهنگ‌ های سرد شدن یاد شده، با تغییر ابعاد قطعه تغییر می‌کنند. بدین صورت که، هرچه قطعه حجیم تر باشد آهنگ سرد شدن قطعه و همچنین آهنگ‌ های سرد شدن نقاط مختلف در داخل آن کمتر است. این موضوع به مقدار حرارتی که باید از داخل قطعه به خارج هدایت شود مربوط می‌ شود. در حقیقت هرچه قطعه حجیم تر باشد برای اینکه دمای قسمت مرکزی آن افت کند به زمان بیشتری نیاز است. از اثر ابعاد قطعه بر روی آهنگ سرد شدن، دو نتیجه مهم استنتاج می شود؛ اول، در مقاطع خیلی بزرگ آهنگ سرد شدن سطح قطعه ممکن است به طور قابل ملاحظه‌ای بیشتر از ناحیه داخلی باشد و در نتیجه باعث ایجاد تنش در آن شود. دوم اینکه در قطعات خیلی کوچک، به خصوص در مورد فولاد های آلیاژی، سرد شدن در هوا ممکن است منجر به تشکیل بینیت و یا حتی مارتنزیت به جای مخلوط فریت و پرلیت شود. باتوجه به این نکته توصیه می‌شود که عملیات نرماله کردن بر روی فولادهای آلیاژی اعمال نشود.
از جمله پارامتر های مهم که بر روی خواص مکانیکی فولادهای نرماله و آنیل شده اثر می‌گذارد، درصد کربن فولاد است. هرچه درصد کربن بیشتر باشد (تا حد یوتکتویید) پرلیت بیشتری تشکیل شده و در نتیجه استحکام و سختی فولاد زیادتر و انعطاف پذیری آن کمتر می‌ شود. در پایان این فصل، اثرات پارامتر های مختلف از جمله درصد کربن بر روی خواص مکانیکی فولادها با ساختار فریتی- پرلیتی بررسی می‌شود.
به منظور محاسبه استحکام کششی (TS) فولادهای کربنی ساده و کم آلیاژ در شرایط نرماله شده از معادله‌ های موجودی که در کتاب‌ها آمده است، می‌توان استفاده کرد. به عنوان مثال بعضی از این معادله‌های عبارت‌اند از: (در این معادله‌ها استحکام کششی برحسب ksi و درصد عناصر آلیاژی برحسب درصد وزنی است.)
برای فولاد گرم نوردیده شده TS=27+56Cp
برای فولاد آهنگری شده TS=27+50Cp
برای فولاد ریخته گری شده TS=27+48Cp
در اینجا Cp که به مجموع پتانسیل‌ های کربن (Carbon Potentials) موسوم است از رابطه زیر به دست می آید:

همان گونه که از معادله‌های فوق مشخص است، اثر اندازه و ابعاد قطعه در استحکام کششی در نظر گرفته نشده است.

کوئنچینگ (آب دهی) (Quenching) به فرایند سردکردن سریع قطعه مورد نظر از دمای خاص پروسه عملیات حرارتی گویند که در مورد فولاد یا آلیاژ آهنی به سرد کردن از دمای آستنیتی، کوئنچینگ یا آب دهی می گویند.
کوئنچینگ پس از مرحله گرم کردن انجام شده و در آن قطعه مورد نظر را پس از اینکه در دما و زمان معین حرارت دیده شد، ناگهان به محیط خنک کننده وارد می کنند.
انواع محیط های کوئنچینگ (آب دهی)
محیط های کوئنچ کردن (آب دهی) می تواند روغن، آب، هوا، محلول های پلیمری، محلول های نمکی و گاز باشد. انتخاب هر کدام از این محیط ها به سختی پذیری و وزن قطعات بستگی دارد.
قدرت سردکنندگی این محیط ها بسار متغیر است و برای جلوگیری از به وجود آمدن عیوب ناشی از عملیات حرارتی نظیر تغییر شکل، تاب برداشتن و ترک، می بایست از محیط هایی که قدرت سردکنندگی اضافی ندارند، استفاده شود.





دسته بندی کوئنچینگ (آب دهی)
انواع مختلف عملیات کوئنچینگ (آب دهی) عبارتند از:
1-کوئنچ مستقیم
2-کوئنچ منقطع
3-کوئنچ انتخابی
4-کوئنچ کنترل شده

عملیات حرارتی فولادها و چدن ها به چند دسته اصلی تقسیم می شود که در زیر آورده شده است:
همگن کردن homogenization
آنیل کردن (بازپخت) Annealing
عملیات بازپخت خود به چند دسته تقسیم می شود:
• بازپخت کامل Full Annealing
• نرمالیزاسیون Normalizing
• تنش گیری Stress relieving
آستنیت زایی Austenitizing
کوئنچینگ (آب دهی) Quenching
تمپر کردن (برگشت) Tempering
آستمپرینگ - Austempering
مارتمپرینگ - Martempering
کربن دهی (کربوره کردن) Carburizing
کربن و نیتروژن دهی (کربو نیتریده کردن) Carbonitriding
سیانوراسیون Cyaniding
نیتروژن دهی (نیتروره کردن) Nitriding
نیتروژن و کربن دهی (نیترو کربوره کردن) Nitrocaburrizing
کروی کردن Spherodizing
سخت کردن شعله ای Flame Hardening

عملیات حرارتی فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی (Heat Treatment of Martensitic Stainless Steel) برای افزایش استحکام و سختی شبیه به عملیات لازم در مورد فولادهای ساده کربنی و یا فولادهای کم‌ آلیاژی است. یعنی، آلیاژ آستنیته شده، و با سرعتی سرد می‌‌شود که ساختار مارتنزیتی به‌دست آید و سپس برای افزایش چقرمگی و تنش گیری بازپخت می‌شود.
آستنیته کردن فولاد زنگ نزن مارتنزیتی
اثر افزایش دمای آستنیتی بر سختی چهار آلیاژ سخت شده 12Cr%-Fe با 0.016 تا 0.14% کربن در شکل زیرآمده است. به‌ طور کلی وقتی دمای آستنیتی بین 980 تا 1090 درجه سانتی گراد باشد بیشترین سختی به ‌دست آمده و با افزایش مقدار کربن، سختی افزایش می‌یابد. کاهش سختی وقتی که در بیش از 1100 درجه سانتی گراد گرم می‌ شود احتمالا مربوط به تشکیل فاز δ است. حال آنکه گرمایش در کمتر از 900 درجه سانتی گراد آستنیت کافی ایجاد نمی‌کند.

آهنگ سرد کردن فولاد زنگ نزن مارتنزیتی
درآلیاژهای نوع Fe-12%Cr ،کروم موجب بهبود سختی ‌پذیری می‌شود و در نتیجه آبدهی در آب بعد از آستنیته کردن (آستنیت زایی) لزومی نخواهد داشت، و با سرد کردن آهسته ‌تر (مثلا در هوا) ساختار مارتنزیتی ایجاد می‌شود. اثر کروم بر سختی‌پذیری آلیاژ 410 در نمودار IT شکل زیر آمده است. مقایسه این نمودار IT با نمودار فولاد ساده کربنی 1035 نشان می‌دهد که کروم شروع دگرگونی آستنیت به فریت + کاربید را به زمان‌های طولانی‌تر سوق می‌دهد.

برگشت فولاد زنگ نزن مارتنزیتی
شبیه به سایر فولادهای مارتنزیتی آلیاژی، جهت افزایش چقرمگی و شکل‌پذیری، عملیات حرارتی برگشت لازم است. اثر دمای بازپخت بر سختی فولاد زنگ نزن Fe-12%Cr با 0.055% تا 0.14% کربن در شکل زیر آمده است. از این نمودار چنین بر می‌آید که فولاد مذکور را نمی‌توان خیلی نرم کرد مگر اینکه دمای برگشت بیش از 480 درجه سانتی گراد باشد. به علاوه، وقتی دمای بازپخت به حدود 430 درجه سانتی گراد می‌رسد، اثر سختی ثانویه به مقدار کمی مشاهده می‌شود. احتمالا این امر به مراحل اولیه تشکیل فاز (Fe,Cr)23C6 مربوط است، که در این دما پایدار می‌شود و به‌تدریج جایگزین (Fe,Cr)3C می‌شود.