مقالات تجارت آلیاژ مقالاتی از فلزات پرکاربرد
عملیات کربن دهی فولاد، که به کربوره نیز معروف است، به منظور سخت کردن سطح فلز انجام میشود. در این فرآیند، سطح فلز سخت میشود، اما برخی از قسمتهای داخلی فلز، که به آن مغز فلز نیز گفته میشود، همچنان نرم باقی میمانند. برای جبران این نرمی داخلی، پس از کربوره کردن، لایه دیگری بر روی فلز اعمال میشود. این عملیات نه تنها سطح فلز را سخت میکند، بلکه مقاومت آن در برابر ضربه و خوردگی را نیز افزایش میدهد. به همین دلیل، فرآیند کربوره کردن در بسیاری از صنایع برای فولادهای مورد نیاز استفاده میشود. در ادامه این مطلب، با کربندهی فولاد (عملیات کربوره کردن فولاد) و روشهای مختلف آن بیشتر آشنا خواهیم شد.
انواع روشهای کربوره کردن فولاد
عملیات کربندهی فولاد یا کربوره کردن، فرآیندی است که برای افزایش سختی سطح فولاد از طریق افزایش درصد کربن آن انجام میشود. این عملیات به دو دسته اصلی تقسیم میشود.
عملیات حرارتی شیمیایی: در این نوع، ترکیب شیمیایی سطح فولاد تغییر میکند و به همین دلیل به آن عملیات حرارتی شیمیایی گفته میشود.
سختکاری موضعی: در این روش، بدون تغییر در ترکیب شیمیایی سطح، سختی فولاد افزایش مییابد. این فرآیند به عنوان سختکاری موضعی شناخته میشود.
کربوره کردن جامد
در این روش، قطعه فولاد کم کربن به همراه مواد کربندهی مانند زغال سنگ در یک محفظه دربسته قرار میگیرد و سپس به دمای 875 تا 925 درجه سانتیگراد حرارت داده میشود. با افزایش دما و یا مدت زمان کربندهی، ضخامت لایه کربوره شده بیشتر میشود.
به دلیل احتمال شکست و کاهش سختی، قطعه مستقیماً کوئنچ نمیشود و ممکن است در هوا یا در همان محفظه سرد شود. سپس قطعه تا دمای مناسب سختکاری حرارت داده شده و در آب یا روغن کوئنچ میشود.
کربوره کردن مایع
در این روش، قطعه فولادی در مذاب مخلوطی از 20 تا 50 درصد سدیم و 40 درصد کربنات سدیم، همراه با مقادیری کلرید باریم و کلرید سدیم، در دمای 870 تا 950 درجه سانتیگراد به مدت 5 دقیقه معلق میشود تا کربوره شود.
کربوره کردن با فشار خلاء
یکی دیگر از روشهای کربوره کردن فولاد، استفاده از روش خلاء یا فشار کم است که عمدتاً برای کربندهی با گاز استفاده میشود. این روش نیاز به محفظهای با فشار کم یا بدون اکسیژن دارد، زیرا وجود اکسیژن میتواند باعث اکسیداسیون و خوردگی فولاد شود. در این محیط، میتوان از دمای ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد استفاده کرد. با افزایش دما، کربن بهتر حل شده و فرآیند کربوره کردن سریعتر و آسانتر انجام میشود. در روش کربوره کردن با فشار کم، باید از اتمسفر قابل تکرار استفاده کرد تا نتایج بهتری حاصل شود.
کربوره کردن گازی
در این روش، قطعه فولادی در دمای 900 درجه سانتیگراد و به مدت 3 تا 4 ساعت در اتمسفری شامل گازهایی مانند متان (CH4) یا پروپان قرار میگیرد تا کربوره شود.
فولادهای کربور
فولادهای مناسب برای کربندهی معمولاً دارای محتوای کربن پایهای حدود 0.2٪ هستند. به طور کلی، محتوای کربن لایه کربوره بین 0.8٪ تا 1٪ کنترل میشود. با این حال، محتوای کربن سطح معمولاً به 0.9٪ محدود میگردد، زیرا افزایش بیش از حد کربن میتواند منجر به تشکیل آستنیت باقیمانده و مارتنزیت شکننده شود.
مراحل کار
نمونهای از فولاد ST37 تهیه شده و در ظرفی حاوی زغال سنگ و کربنات سدیم با درصدهای مشخص قرار داده میشود. پس از گذشت چند ساعت، نمونه خارج شده و برای صاف کردن سطح و مشاهده آن، پولیش میشود. در این مرحله، سختی آن اندازهگیری میشود که حدود RA61 است.
در مرحله بعد، قطعه را مطابق توضیحات تئوری آزمایش، مجدداً حرارت داده و پس از 10 دقیقه آن را از کوره خارج کرده و پولیش میکنیم. سپس ساختار آن بررسی شده و سختی آن اندازهگیری میشود. طبق محاسبات انجام شده، این فولاد دارای سختی حدود RA83 و ساختار مارتنزیتی بود. این تست نشان میدهد که تاثیر کربوره کردن فولاد به خوبی قابل مشاهده است.
مزایا عملیات کربوره کردن فولاد
کربوره کردن دارای مزایای بسیاری برای مقاطع فولادی است. این روش در مقایسه با سایر روشها، آسانتر و مقرون به صرفهتر است. برخی از مهمترین مزایای کربندهی عبارتند از:
- روشهای زیادی برای سخت کردن فولاد وجود دارد، اما استفاده از کربندهی به دلیل مقرون به صرفه بودن و هزینه پایین نسبت به سایر روشها، بسیار بهتر است. این روش برای کربندهی حجمهای بزرگ فولاد بسیار مناسب است.
- با انجام عملیات کربوره کردن، دیگر نگران خوردگی فولاد نباشید. این فرآیند یک لایه محافظ بر روی فولاد ایجاد میکند که مقاومت آن را در برابر خوردگی و عوامل مختلف افزایش میدهد.
- کربندهی باعث میشود فولاد در برابر سایش و خستگی مقاومتر شود. این مزیت موجب افزایش استحکام فولاد و مقاومت آن در برابر فرسودگی میشود.
- حتی اگر پس از کربوره کردن، سطح فولاد سخت شود و هسته آن نرم باقی بماند، میتوان با استفاده از روشهای دیگر، هسته فولاد را نیز سخت کرد.
نکات مهم در زمینه انواع عملیات کربن دهی فولاد
در ادامه نکات مهم عملیات کربن دهی فولاد را بررسی میکنیم.
-
- با افزایش میزان کربن سطح، یک سطح فولادی سخت تولید میشود.
- افزایش سختی سطح باعث افزایش سایش و مقاومت در برابر خستگی می شود.
- مغز قطعات تا حد زیادی چقرمگی و شکل پذیری خود را حفظ می کنند.
- می تواند لایه سخت شده تا عمق 6 میلی متر تولید کند.
- در بعضی موارد می تواند به عنوان راه حلی برای رفع کربونزدایی نامطلوب حاصل از فرآیند تولید قبلی عمل کند.
نتیجه گیری
کربوره کردن فولاد از جمله روشهای بسیار عالی برای سختکردن قطعات فولادی است. این عملیات میتواند مقاومت فولاد را افزایش داده و در صنایع مختلف از آن استفاده کنیم. اگرچه فرآیند کربندهی ممکن است پیچیده به نظر برسد، اما روشهای مختلفی وجود دارد که کار را آسانتر میکنند. همچنین، این روش هزینهای چندانی ندارد و به عنوان یک روش عالی برای کربندهی شناخته میشود.
