لدينا قطعة عمل مصنوعة من الحديد المطاوع ما هي الخطوات الحرفية لرفع نسبة االكربون في القطعةالمعدنية مع الحفاظ على جودة الذرات الكربونية في المعدن ؟

أخي العزيز أحمد شطة ,,

أن عملية زيادة نسبة الكربون في الحديد أو الكربنة هي أحد أقدم و أرخص الوسائل المتبعة لزيادة قساوة سطح القطع المعدنية ذات المحتوى القليل من الكربون .

وتتم هذه العملية بتسخين القطع المعدنية إلى درجة الاحمرار في جو يحتوي على الكربون ( ويكون الكربون في صورة صلبة أو سائلة أو غازية ) وعندها يخترق الكربون سطح المعدن ويختلط مع الحديد ويتحد معه مكونا سطح غني بالكربون , وباستمرار العملية ينفذ الكربون إلى داخل القطعة ويعتمد عمق السطح الذي  تم تقسيته على طول الفترة الزمنية ودرجة الحرارة المستخدمة .

ويمكن حساب عمق هذه الطبقة بواسطة المعادلة التالية :

X =2 √ Δt 

حيث:  X = السمك أو العمق  بالسنتيمتر , D = معاملة الانتشار سم2 / ثانية , T = الفترة الزمنية للانتشار بالثانيـة .

وبحسب نوع الكربون المستخدم يوجد ثلاث طرق للكربنة وهي :

1-      الكربنة في وسط صلب : ويتم فيها وضع القطع المراد كربنتها في حاوية فولاذية محكمة الأغلاق ومحاطة بالمواد المكربنة بسمك يعادل50 مم لكل قطعة ويفضل استخدام عوامل منشطة لزيادة سرعة الكربنة مثل كربون الصوديوم أو الباريوم ، والتي تضاف إلى مسحوق الفحم الخشبى بنسبة حوالى (10 –15 % ) , ويتم تسخين الحاوية لدرجة875 –925  درجة مئوية وتترك في هذه الدرجة لفترة زمنية قد تصل لثماني ساعات بحسب السمك المطلوب تقسيته .

2-      الكربنة في وسط سائل : ويتم فيها غمر القطع المراد كربنتها في خليط من الأملاح يحـوى (20 -25 % ) سيانيد الصوديوم مع حوالى (40 % ) من كربونات الصوديوم وكميات منـاسبــة مـن كلوريـد الصوديـوم أو الباريـوم ويتم تسخين أحواض الخليط لدرجة870 –950 درجة مئوية وتغمر القطع لفترة زمنية تتراوح من خمس دقائق إلى الساعة وذلك بحسب السماكة المطلوب تصليدها ، وتستخدم هذه الطريقة عند الحاجة لسماكات رقيقة للسطح المصلد (0.1 –0.25 مم ) وتعتبر هذه الطريقة اقتصادية للقطع الصغيرة الحجم كما أنها سريعة حيث تكون الفترة المطلوبة للتسخين قصيرة نسبيا .

3-      الكربنة في وسط غازي : ويتم فيها تسخين القطع المراد كربنتها لدرجة900 درجة مئوية ولمدة3 –4 ساعات في وسط يحوي غازات تحرر ذرات الكربون على سطح الحديد ويستعمل بشكل أساسي مزيج من غاز الميثان ( CH4 ) والبروبان ( C3H8 ) ويحرق هذا المزيج جزئيا داخل الفرن أو يضاف إليه غاز ناقل يقوم بتخفيفه ونقله خلال الوسط الغازي , وتتكون الغازات الناقلة عادة من مزيج من غاز النتروچين والهيدروجين وأول أوكسيد الكربون . وهذه الطريقة هي أكثر الطرق استعمالا وخاصة للكميات الكبيرة فهي تتميز بنظافتها وانخفاض تكلفة المعدات المطلوبة لها وبالتحكم بنسبة الكربون المخترق للسطح بشكل أفضل من الطرق السابقة .

عند اجراء عملية الكربنة ترتفع نيبة الكربون في السطح بينما يبقى المركز منخفض الكربون و يفضل أن لا تتجاوز نسبة الكربون في السطح عن0.8 %  حتى لا يحدث تقصف على حدود حبيبات الحديد ويؤدي إلى تقشر السطح بعد فترة أو حدوث ما يسمى الكلال . كما ان أرتفاع نسبة الكربون في السطح إلى1.0 % فما فوق يؤدي إلى انخفاض صلادة السطح بعد الإخماد .

بعد كربنة الحديد لا بد من معاملته حراريا لغرض زيادة مقاومة و متانة المركز و زيادة صلادة السطح وكذلك لتصغير الحجم الحبيبي الذي ينمو بشكل مفرط عند التسخين لفترات طويلة في درجات حرارة عالية ويتم ذلك كما يلي :

-      -  معالجة الحديد حراريا لتصغير الحجم الحبيبي في المركز : و ذلك بهدف زيادة متانته , حيث يتم تسخين القطعة لحرارة  تصل لدرجة880 درجة مئوية ثم تبرد القطعة بالإخماد السريع في الماء , عند تسخين القطعة لهذه الدرجة سوف تصبح بنية السطح بعد الإخماد مكونة من حبيبات كبيرة  وقابلة للتقصف لذا يجب أجراء معالجة حرارية أخرى لسطح القطعة .

-      -  معالجة الحديد حراريا لتصغير الحجم الحبيبي في السطح : وذلك بأعاده تسخين القطعة لحرارة تصل لدرجة760 درجة مئوية ثم تبرد القطعة بالإخماد السريع في الماء ,

ويتم أخيرا مراجعة القطعة في درجة160 –220 درجة مئوية و ذلك لإزالة أي جهود قد تكون موجودة على السطح .

مع أطيب تحياتي لك ..