الكربنة هي عملية معالجة حرارية تنطوي على إدخال الكربون في سطح المعدن، وعادةً ما يكون الصلب، عن طريق تسخينه في بيئة غنية بالكربون. تُجرى هذه العملية تحت درجة انصهار المعدن، مما يسمح للكربون بالانتشار في السطح وخلق طبقة أكثر صلابة ومقاومة للتآكل. والغرض الأساسي من الكربنة هو تعزيز الخواص الميكانيكية للمعدن، وخاصةً مقاومة التآكل وقوة التعب.
تفاصيل العملية:
-
التسخين والتعرض للكربون: يتم تسخين المعدن إلى درجة حرارة تتراوح عادةً بين 1200 درجة فهرنهايت إلى 1600 درجة فهرنهايت، وهي أقل من درجة انصهاره ولكنها مرتفعة بما يكفي لتسهيل انتشار الكربون في السطح. وغالباً ما يتم هذا التسخين في جو محكوم، مثل الفرن الماص للحرارة، لمنع الأكسدة وضمان التحكم في إمكانات الكربون بدقة.
-
الغلاف الجوي المتحكم به: في عملية المعالجة الحرارية، يعد الحفاظ على إمكانات الكربون الصحيحة أمرًا بالغ الأهمية. عندما يصل المعدن إلى مرحلة الأوستينيت، يجب أن تتطابق نقطة ضبط إمكانات الكربون مع تركيبة الكربون في الفولاذ. إذا كانت نقطة الضبط منخفضة للغاية، فقد يتعرض السطح لإزالة الكربنة، مما يؤدي إلى فقدان الكربون واحتمال ظهور قشور مرئية.
-
مزايا الكربنة في الغلاف الجوي المضبوط: تسمح هذه الطريقة بالتحكم الدقيق في محتوى الكربون على سطح الأجزاء، وهو أمر ضروري لتحقيق طبقات مكربنة عالية الجودة. كما أنها تساعد أيضًا في منع إزالة الكربنة، وتحسين مقاومة التآكل وقوة الإجهاد، ويمكن أن تكون أكثر صداقة للبيئة من الطرق التقليدية مثل الكربنة السائلة.
-
الكربنة العميقة: يمكن للكربنة التقليدية تحقيق أعماق تصل إلى حوالي 3.5 مم. ومع ذلك، مع التطورات مثل الكربنة بالتفريغ، يمكن تحقيق أعماق تصل إلى 7 مم. ويرجع ذلك إلى إمكانات الكربون السطحية الأعلى وتدرجات التركيز الأكبر التي تسرّع انتشار الكربون.
-
إعادة الكربنة: يمكن إعادة كربنة الأجزاء التي تعرضت لإزالة الكربنة من خلال التحكم في إمكانات الكربون السطحية. وهذا فعال ليس فقط للصلب الكربوني ولكن أيضًا للصلب القالب والصلب عالي السرعة.
-
التطبيقات والمواد: تعتبر الكربنة فعالة بشكل خاص للفولاذ منخفض الكربون (بمحتويات كربون تتراوح من 0.05% إلى 0.3%) وتستخدم للأجزاء التي تتطلب تحسين المتانة ومقاومة التآكل وقوة التعب. تشمل المواد الشائعة المعالجة الفولاذ 12L14 والفولاذ 1018 والفولاذ 8620.
الخاتمة:
الكربنة هي عملية حاسمة في المعالجة الحرارية للمعادن، وخاصةً الفولاذ، مما يعزز خصائص سطحها بشكل كبير. من خلال التحكم بعناية في بيئة التسخين وانتشار الكربنة يمكن للكربنة تحويل الفولاذ منخفض الكربون إلى مواد ذات صلابة سطحية عالية وخصائص ميكانيكية ممتازة ومناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات الصعبة.
