الكربنة هي عملية معالجة حرارية تزيد من محتوى الكربون في الطبقة السطحية للأجزاء الفولاذية منخفضة الكربون، مما يعزز صلابتها ومقاومة التآكل وقوة التعب. تنطوي هذه العملية على تسخين المعدن في بيئة غنية بالكربون، عادةً في فرن، ثم التبريد لتجميد الهيكل الجديد.
ملخص العملية:
- التسخين في فرن: توضع الأجزاء المعدنية في فرن ويتم تسخينها إلى درجة حرارة محددة، عادةً ما بين 1200 فهرنهايت إلى 1600 فهرنهايت. في حالة الكربنة بالتفريغ، يتم تفريغ الفرن في البداية لإزالة الهواء، مما يخلق بيئة مفرغة من الهواء.
- إدخال الكربون: في الكربنة التقليدية، يتم إدخال الغازات الغنية بالكربون مثل البروبان في الفرن. في الكربنة بالتفريغ، يتم إطلاق غاز البروبان في فرن التفريغ. تتسبب الحرارة في تكسير البروبان إلى كربون وهيدروكربون وهيدروجين. ثم ينتشر الكربون في سطح المعدن.
- انتشار الكربون: ينتشر الكربون من بيئة الغاز في سطح المعدن، مما يزيد من محتواه من الكربون. هذه العملية مدفوعة بتدرج التركيز بين محتوى الكربون المرتفع على السطح ومحتوى الكربون المنخفض في قلب المعدن.
- التبريد: بعد الانتشار الكافي، يتم إخماد الأجزاء، عادةً في الزيت، لتبريد المعدن بسرعة وتثبيت الهيكل المتصلب. هذه الخطوة ضرورية لتحقيق الصلابة المطلوبة ومقاومة التآكل.
- ما بعد المعالجة: قد تخضع الأجزاء لمعالجات إضافية مثل التقسية بالهواء لتخفيف الضغوط وتحسين الصلابة.
المزايا والتطبيقات:
- عمق الكربنة: يمكن أن تحقق الكربنة بالتفريغ طبقة كاربنة أعمق، تصل إلى 7 مم، مقارنةً بالطرق التقليدية التي تصل عادةً إلى حوالي 3.5 مم. توفر هذه الطبقة الأعمق متانة ومقاومة معززة للتآكل والتعب.
- إعادة الكربنة: يمكن لهذه العملية إعادة الكربنة بفعالية للأجزاء التي تعرضت لإزالة الكربنة في معالجات سابقة، مثل المعالجة الحرارية أو التشكيل أو التلبيد. وهذا مفيد بشكل خاص لمواد مثل فولاذ القوالب والفولاذ عالي السرعة.
- معالجة الفولاذ المقاوم للصدأ: يمكن أيضًا تطبيق الكربنة على الفولاذ المقاوم للصدأ، مما يحسِّن من صلابة سطحه وخصائصه الميكانيكية الكلية دون التأثير على مقاومته للتآكل.
المواد والمعدات:
- تشمل المواد الشائعة للكربنة الفولاذ منخفض الكربون مثل الفولاذ 12L14 والفولاذ 1018 والفولاذ 8620.
- تشمل المعدات عادةً الأفران الماصة للحرارة، وأنظمة التبريد بالزيت، وإعدادات التقسية بالهواء.
الخاتمة:
الكربنة هي طريقة متعددة الاستخدامات وفعالة لتعزيز خصائص سطح أجزاء الفولاذ منخفض الكربون، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب مقاومة عالية للتآكل والمتانة. وقد أدى تطوير الكربنة بالتفريغ إلى زيادة تحسين كفاءة وعمق عملية الكربنة، مما يوفر مزايا كبيرة مقارنة بالطرق التقليدية.
