تفاوت نورد گرم و نورد سرد چیست؟

در دنیای فرایندهای شکل‌دهی و ساخت فلزات دو روش نورد گرم و نورد سرد از همه برجسته‌تر هستند. این دو روش که به عنوان پایه‌ای برای شکل‌دهی و اصلاح مواد فلزی عمل می‌کنند تفاوت‌های اساسی با یکدیگر دارند. در این مقاله به تفاوت‌های این دو فرایند در زمینه‌های مختلف پرداخته و از تعاریف تا مزایا و کاربردشان را باهم مقایسه می‌کنیم.

تعاریف نورد گرم و نورد سرد

نورد گرم یک فرآیند فلزکاری است که شامل شکل دادن به فلزات بالاتر از دمای تبلور مجدد آن‌ها است. دمای تبلور مجدد نقطه‌ای است که در آن مواد شکل‌پذیرتر می‌شوند و در برابر تغییر شکل مقاومت کمتری دارند. زمانی که فلز به این دما رسید از یک سری غلتک‌های نورد عبور می‌کند تا به شکل و ابعاد مورد نظر برسد. پس از اینکه فلز سرد شد ورقی نورد گرم شده داریم که امکان ساخت انواع محصولات سنگین را محیا می‌کند.

اما نورد سرد یک فرآیند شکل‌دهی فلز است که در دمای اتاق یا کمی بالاتر از آن رخ می‌دهد. بر خلاف نورد گرم، نورد سرد نیازی به حرارت دادن مواد تا بالاتر از دمای تبلور مجدد آن ندارد. این عملیات شامل کاهش ضخامت فلز در دمای پایین و از طریق یک سری گذرگاه‌های نورد با استفاده از تجهیزات تخصصی است. فرآیند نورد سرد بر روی فلز از پیش گرم شده یا سرد انجام می‌شود و مزایای مشخصی از نظر دقت ابعاد و پرداخت سطح ارائه می‌دهد. هرچند که ورق نورد سرد در این مرحله سختی و شکنندگی بیشتری داشته و برای انعطاف پذیری بیشتر نیاز به آنیلینگ دارد.

نورد گرم و نورد سرد در چه زمینه‌هایی با هم تفاوت دارند؟

این دو فرایند در زمینه‌هایی مثل دما، رفتار مواد، خواص، کاربردها، دقت ابعاد، پرداخت سطحی و… با هم تفاوت دارند که در ادامه به بررسی آن‌ها خواهیم پرداخت:

دما و رفتار مواد

تمایز اولیه بین نورد گرم و نورد سرد در دمایی است که فرایندها در آن انجام می‌شود. این تفاوت در دما باعث تفاوت در رفتار مواد نیز می‌شود.

نورد گرم شامل شکل دادن به مواد فلزی در دمایی تا بالاتر از دمای تبلور مجدد آن‌ها است که معمولاً در محدوده 900 الی 1300 درجه سانتی‌گراد انجام می‌شود. در این دماهای بالا، فلزات انعطاف‌پذیری بیشتری از خود نشان می‌دهند که امکان تغییر شکل قابل توجهی را بدون به خطر انداختن یکپارچگی ساختاری آن‌ها فراهم می‌کند. تبلور مجدد ماده در طول این نورد باعث بهبود خواص مکانیکی ماده نیز می‌شود.

در مقابل، نورد سرد در دمای اتاق یا نزدیک به آن انجام شده و معمولاً این دما بین 20 الی 200 درجه سانتی‌گراد متغیر می‌باشد. در این فرایند فلز ساختار دانه‌ای خود را حفظ کرده و تغییر شکل ظاهری را بدون تبلور مجدد انجام می‌دهد. این موضوع باعث می‌شود تا سختی و شکنندگی ورق تولیده شده زیاد شود و برای شکل‌پذیری و انعطاف بیشتر به آنیلینگ نیاز داشته باشد. در جدول زیر مقایسه‌ای در این موارد آورده شده است:

خواص مواد و کاربردها

تفاوت دما در نورد گرم و نورد سرد به طور قابل توجهی بر خواص مواد تأثیر می گذارد. این تفاوت خواص آن‌ها به تفاوت در کاربردهای آن‌ها نیز منجر می‌شود. باهم این تفاوت‌ها را بررسی می‌کنیم:

موادی که تحت فرایند نورد گرم قرار گرفته‌اند در حین عملیات شکل‌پذیری بهتری از خود نشان می‌دهند. هرچند که پس از سرد شدن به شدت سخت شده و انعطاف و شکل‌پذیری کمتری خواهند داشت. به همین علت این محصولات برای کاربردهایی که به سختی و استحکام زیادی نیاز دارند مناسب هستند. آن‌ها جوش‌پذیری عالی‌ای ارائه می‌دهند و معمولاً در بخش‌های ساخت و ساز، خودرو، زیرساخت و ساخت لوله‌ها و صفحات سنگین استفاده می‌شوند.

مواد نورد سرد شده هرچند طی عملیات، شکل‌پذیری کمتری از خود نشان می‌دهند اما سختی، شکنندگی و دقت ابعادی بیشتری دارند. پس از پایان نورد محصولی منعطف و شکل‌پذیر داریم که شامل ورق‌ها، نوارها، فویل‌ها، میله‌ها و لوله‌های دقیق شده و در صنایعی مانند خودروسازی، هوافضا، برق و تولید محصولات فلزی کاربرد دارند. جایی که ابعاد دقیق، تحمل‌‌پذیری و پرداخت سطح بسیار مهم هستند.

دقت ابعاد و پرداخت سطحی

یکی دیگر از تفاوت‌های مهم نورد گرم و سرد تفاوت کنترل دقت ابعاد و پرداخت‌های سطحی می‌باشد که در ادامه آن‌ها را بررسی می‌کنیم:

نورد گرم باعث کاهش سریع و قابل توجه ضخامت مواد و سطح مقطع می‌شود که آن را برای تولید در مقیاس بزرگ مناسب می‌کند. این موضوع توان عملیاتی بالا و ساخت کارآمد ورق‌ها، صفحات و بخش‌های ساختاری بزرگ را ممکن می‌سازد. اما به دلیل انبساط حرارتی و سایر عوامل مرتبط با فرآیند در دمای بالا، منجر به تغییرات ابعادی جزئی نیز می‌شود. همچنین این محصولات به دلیل تشکیل رسوب و اکسیداسیون در دمای بالا، سطح زبرتری نسبت به محصولات نورد سرد شده خواهند داشت.

اما در فرایند نورد سرد و در زمینه‌ی کنترل ابعادی، دستیابی به دقت ضخامت، عرض و طول بسیار عالی است. این موضوع امکان تولید ورق‌های نازک‌تر و مقاطع کوچکتر با یکنواختی عالی را فراهم می‌کند. این فرآیند یک سطح صاف و صیقلی را ایجاد می‌کند که محصولات نورد سرد را برای کاربردهایی که در آن‌ها زیبایی مهم است مناسب می‌کند.

تجهیزات و ماشین آلات

نورد گرم و نورد سرد از تجهیزات و ماشین آلات مختلفی استفاده می‌کنند. آسیاب‌های نورد گرم از غلتک‌های نورد بزرگی تشکیل شده‌اند که توسط موتورهای قدرتمندی کار کرده و قادر به تحمل دما و نیروهای بالا هستند. از طرف دیگر، آسیاب های نورد سرد فشرده‌تر و همه کاره‌تر بوده و برای رسیدن به مواد نازک‌تر و کاهش دقیق ضخامت طراحی شده‌اند. تجهیزات مورد استفاده در هر دو فرآیند تحت تغییرات و انطباق‌های خاصی قرار می‌گیرند تا نیازهای منحصر به فرد آن‌ها را برآورده کنند.

بهره‌وری، کارایی و هزینه

بازدهی تولید و میزان هزینه برای فرآیندهای نورد گرم و نورد سرد متفاوت بوده و کارایی آن را تحت تاثیر قرار می‌دهند. نورد گرم معمولاً برای تولید در مقیاس بزرگ مناسب بوده و سریع‌تر و مقرون به صرفه‌تر می‌باشد. چرا که توان عملیاتی مورد نیاز در این نورد بالاتر و مصرف انرژی آن کمتر است.

اما در نورد سرد، با وجود کندتر بودن مزایایی را از نظر صرفه‌جویی در مواد و کاهش ضایعات ارائه می‌دهد. کنترل ابعادی دقیق و پرداخت سطحی که از طریق نورد سرد به دست می‌آید، نیاز به ماشین‌کاری بعدی یا عملیات سطحی را به حداقل می‌رساند که منجر به صرفه‌جویی در مواد می‌شود. اما به دلیل کار بیشتری که روی آن انجام شده و میزان انرژی لازم برای آن، به مراتب هزینه بیشتری را نسبت به نورد گرم شامل می‌شود.

مناسب بودن مواد

این که نورد سرد باید انجام شود یا نورد گرم به انتخاب ماده خاص و کاربرد مورد نظر آن بستگی دارد. نورد گرم برای موادی که به سختی تغییر شکل می‌دهند و خواص مکانیکی اصلاح شده‌ای نیاز دارند، مناسب است درحالی که نورد سرد برای موادی که نیاز به دقت ابعادی بالاتر و پرداخت سطحی خوبی دارند ترجیح داده می‌شود. نورد گرم معمولاً برای شکل دادن به شمش‌ها و بیلت‌ها استفاده می‌شود درحالی که نورد سرد کاربرد گسترده‌ای در تولید ورق‌های نازک، اجزای دقیق و محصولاتی با کیفیت سطح عالی دارد.

ملاحظات متالورژی

نورد گرم و نورد سرد در عوامل متالورژی نیز متفاوت هستند. چرا که در معرض دماهای بالا قرار دادن مواد در نورد گرم می‌تواند منجر به تغییر در ریزساختار، رشد دانه‌ها و اکسیداسیون سطحی بالقوه شود. اما در نورد سرد که در دماهای پایین‌تری انجام می‌شود، این تغییرات متالورژیکی به حداقل می‌رسند و این موضوع باعث می‌شود تا خواص اصلی مواد تا حد زیادی حفظ شوند.

اکسیداسیون سطحی

همانطور که قبلا ذکر کردیم، مواد نورد گرم شده در طول فرایند دچار اکسیداسیون می‌شوند که این باعث ایجاد یک لایه رسوبی روی ماده می‌شود. این لایه می‌تواند بر کیفیت سطح ماده تأثیر گذاشته و نیاز به تمیز کردن سطح اضافی را واجب کند. اما مواد نورد سرد شده، با سطح صاف‌تری که دارند، معمولاً عاری از رسوب و اکسیداسیون هستند و نیاز به پاک‌سازی سطح اضافی را کاهش می‌دهند.

ویژگی های مکانیکی

نورد گرم و نورد سرد باعث ایجاد خواص مکانیکی متفاوتی در مواد نورد شده می‌شوند. معمولا مواد در نورد گرم با وجود دقت ابعادی پایین استحکام خوبی دارند. اما موادی که تحت نورد سرد قرار گرفته‌اند، با ساختار سخت شده‌ای که دارند شکنندگی و پایداری ابعادی بالاتری را ارائه می‌دهند.

تفاوت در مزایا

اگر بخواهیم به طور خلاصه مزایای نورد گرم و نورد سرد را با هم مقایسه کنیم باید به این موضوعات توجه کنیم که نورد گرم در شکل دادن شمش‌ها و بیلت‌ها به بخش‌های بزرگ‌تر برتری دارد اما نورد سرد دقت ابعادی، پرداخت سطح، صرفه جویی در مواد و کنترل دقیق تلرانس را ارائه می‌دهد. انتخاب بین نورد گرم و نورد سرد به ویژگی‌های محصول نهایی مورد نظر و نیازهای صنعت و ملاحظات هزینه بستگی دارد.

جمع‌بندی

تمایز نورد گرم و نورد سرد در محدوده دمایی، خواص مواد،کاربردها،دقت ابعاد، پرداخت سطحی، تجهیزات، بهره‌وری، نوع مواد، تغییرات متالورژیکی، اکسیداسیون سطح، ویژگی‌های مکانیکی و مزایای آن‌ها نهفته است. در حالی که نورد گرم از نظر شکل‌پذیری حین عملیات و پالایش دانه‌ها مزایایی دارد، نورد سرد در دستیابی به ابعاد دقیق، کیفیت سطح عالی و خواص مکانیکی بهتر، برتری دارد. درک تفاوت‌های بین این دو فرآیند سازندگان و مهندسان را قادر می‌سازد تصمیمات آگاهانه‌تری گرفته و مناسب‌ترین روش را برای کاربردها و نیازهای مختلف صنعتشان انتخاب کنند.

پرسش و پاسخ

مقالات در گروه صبا | نویسنده : امین شاکری | بروزرسانی : 9 خرداد 1402