فرایند کربوره کردن چیست و به چه منظور انجام می شود؟

 کربوره کردن یا Carburizing که به آن کربن دهی نیز گویند، فرایندی است که در طی آن سطح فلز مورد نظر سخت شده و در عین حال در قسمت های داخلی یا همان مغز این قطعه تغییری در سختی ایجاد نمی شود. بنابراین پس از کربوره کردن یک قطعه فلز، لایه ای با سختی بالاتر از بخش های میانی قطعه در آن ایجاد می شود.

کربوره کردن به چه طریق انجام می شود؟ 

 کربوره کردن به طور کلی به روش کربن دهی جامد، مایع و گاز انجام شده و در هر سه روش فلز مورد نظر تا دمای معینی گرم می شود و بسته به نوع فرایند در مجاورت با یک ماده جامد، مایع یا گاز، قرار می گیرد. پس از قرار دادن فلز با ماده کربن دار، آن را برای مدتی در مجاورت این ماده نگه می دارند تا فرایند به خوبی صورت پذیرد. در این فرایند، قطعه فلزی که دارای درصد کمی از کربن می باشد، در دمای بالا و در کنار ماده پر کربن، مقادیر کافی از کربن را به خود جذب می کند. بنابراین با جذب مقادیر جدیدی از کربن، لایه ای سخت تر بر روی فلز تشکیل می شود که علاوه بر خوردگی، در دمای بالا نیز پایداری کافی را دارا خواهد بود. مواد پر کربنی که در طی این فرایند استفاده می شوند، قالباً ارزان قیمت بوده و یا می توان به آسانی آنها را تهیه نمود.

بیشتر فرایند های کربن دهی از طریق گرم کردن فلز و ماده پر کربن در درون کوره های مخصوص، مانند کوره های زمینی و سپس وارد کردن گازی در دمای معین به درون کوره انجام می شود. مزیت این روش این است که در آن هم می توان دمای فرایند و وضعیت گازی که در طی فرایند به کار برده می شود را با دقت بالاتری مورد بررسی قرار داد. علاوه بر گاز های دارای کربن، موادی دیگری همچون پلاسما های پر کربن برای استفاده موجود هستند. فرایند کربن دهی معمولاً در فشار پایین صورت می گیرد و علاوه بر کوره های مخصوص می توان آن را در محفظه های خلاء انجام داد. دلیل انجام این فرایند در فشار پایین وجود اکسیژن در سه روش گازی، جامد و مایع بوده و بالا بردن دما باعث اکسید شدن مواد درون محفظه می گردد. اتفاقاً مزیت روش وکیومی (کربن دهی در خلاء) نیز در نبود اکسیژن در آن است. در واقع به دلیل نبود اکسیژن در محفظه های خلاء می توان دما را تا حد مطلوب بالا برده و نگرانی بابت اکسیداسیون وجود نخواهد داشت. بالا بردن دما باعث می شود مقادیر بیشتری از کربن به فلز منتقل شده و فرایند سریع تر صورت بگیرد. 

روش های کربوره کردن کدامند؟ 

 روش های رایج کربوره کردن شامل سه روش کربن دهی جامد، مایع و گاز بوده و نوع روش با توجه به ماده کربن دار موجود انجام می شود. در کنار سه روش مذکور، روش کربن دهی در خلاء نیز وجود دارد که همانطور که درباره آن توضیح داده شد، در خلاء انجام شده و جدید تر از روش های قبلی می باشد. در هر سه روش، تغییر دادن آتنزیت به مارتنزیت از طریق کوئنچ کردن (سرد کردن سریع) انجام می شود.

در روش جامد، معمولاً از موادی مانند زغال و یا کک که مقادیر زیادی از کربن را در خود دارند، به همراه باریوم کربنات استفاده می کنند. در روش مایع، قسمت های آهنی را در نمک مذابی از سیانید، کلرید و کربنات که بسیار هم سمی است فرو می برند. روش کربن دهی مایع نسبت به دو روش دیگر سریع تر است، اما عیب آن این است که از آن فقط برای قطعات کوچک می توان استفاده نمود. در کربوره کردن گازی نیز گاز هایی همچون متان و پروپان به همراه یک گاز خنثی که معمولاً ترکیبی از نیتروژن، منو اکسید کربن، دی اکسید کربن، هیدروژن و متان است، به کار برده می شود. 

کربوره کردن فرایندی به شدت وابسته به زمان و دما است. موادی که برای انجام این عملیات وارد کوره می شوند، باید به دقت مورد بررسی قرار بگیرند تا کربن دهی در عمق مناسبی از فلز صورت پذیرد. همچنین باید مراقب بود تا بیش از حد کربن وارد فلز نشود. افزایش کربن در سطح فلز باید به اندازه ای باشد که لایه مارتنزیتی (Martensite)، بتواند بر روی آن تشکیل شود. درصد کربن مطلوب در فلز بین 0.8 الی 1 درصد است و تا زمانی که مقدار کربن در سطح فلز به مقدار مناسب برسد، فرایند ادامه خواهد یافت. فراوانی کربن در موادی مانند فولاد کربن و فولاد آلیاژ حداکثر تا 0.4 درصد و به طور معمول کمتر از 0.25 درصد می باشد. در صورتی که عملیات حرارتی به درستی انجام نشود، باعث اکسیداسیون و حتی دکربوره شدن فلز خواهد شد. کربوره کردن، با اینکه روش کم سرعت و زمان بری است، اما می توان آن را به طور مداوم و برای سطوح مختلف از فلز، چه کوچ و چه بزرگ به کار برد.