کربن زدایی فولاد

مقادیر مختلف کربن، اثرات چشمگیری بر فولاد می گذارند. این تغییر مقادیر به طور واضحی بر ترکیبات شیمیایی فولاد تاثیر دارند. اما در کنار آن، بر روی خواص مکانیکی این مواد تغییرات مهمی را اعمال می کند. 

نمونه ای از ویژگی هایی که کربن بر روی آنها تاثیرات قابل توجهی دارد، شامل سختی، استحکام، مقاومت به ترک و شکل پذیری فولاد می باشد. کاهش کربن در آلیاژ ها معمولاً به کمک روشی بنام کربن زدایی، دکربوریزاسیون (Decarburization) انجام می شود. دانستن اینکه چه مقدار از فرایند کربن زدایی باید بر روی فولاد انجام شود، حائز اهمیت است و بسیار وابسته به فرایند ها و فرم دهی های بعدی که قرار است بر روی فولاد انجام شوند، می باشد. 

کربن زدایی چیست؟

کربن زدایی یا دکربوریزاسیون، فرایندی است که در آن کاهش مقادیر کربن در فولاد انجام می شود. کربن زدایی اغلب زمانی انجام می شود که دمای فولاد بیشتر از دمای تبلور مجدد آن که معمولاً در حد 700 درجه سانتی گراد می باشد، بشود. زمانی که فولاد تا این دما گرم شود و سپس در مجاورت گاز هایی چون هیدروژن و اکسیژن قرار بگیرد، کربن فولاد با آن گاز ها پیوند برقرار می کند. در نتیجه فولاد حاصل مقادیر پایین تری از کربن را خواهد داشت. به این دلیل که این گاز ها بیشتر با سطح فلز تماس دارند، کربن زدایی در بالاترین لایه های فولاد رخ می دهد. کاهش کربن در فولاد، کاهش استحکام کششی، مقاومت به فرسایش و سختی را به دنبال خواهد داشت، اما در عوض به آنها داکتیلیته، نرمی و شکل پذیری بیشتری می بخشد. به طور کلی یک فلز هر چه سخت تر باشد، شکننده تر است و برای عملیات های فرم دهی نامناسب تر می شود. کربن زدایی نیز همانند فرایند هایی چون کربن دهی و کارسختی، زمانی که ناخواسته باشد، باعث آسیب رسیدن به تاسیسات و ایجاد خسارت می گردد. 

جلوگیری از کربن زدایی

دکربوریزاسیون می تواند ضرر زا باشد، اما می توان آن را به راحتی کنترل و یا به طور کلی برطرف نمود. یکی از راه های جلوگیری از رخ دادن کربن زدایی بصورت ناخواسته، این است که نگذارید فولاد به دمای تبلور مجدد خود برسد. این امر توانایی برقرار کردن پیوند با گاز های اطراف را از کربن سلب می کند. چون گاهی اوقات برای انجام عملیات های خاصی باید به فولاد دما داد، می توان اطراف آن را با گاز هایی که با کربن واکنش نمی دهند پر کرد تا از واکنش دهی و در نتیجه کاهش کربن جلوگیری به عمل آید. گاز های آرگون و نیتروژن دو انتخاب رایج در مقابله با کربن زدایی هستند. البته قبل از استفاده از هر کدام باید در مورد نوع استفاده از آن آلیاژ تحقیق نمایید. 

برطرف کردن کربن زدایی

اگر نتوان از کربن زدایی جلوگیری نمود، باز هم راه هایی برای برطرف کردن آن وجود دارد. یکی از این روش ها، جدا کردن قسمت های کربن زدایی شده از فلز می باشد. این روش را می توان به کمک فرایند هایی چون فرزکاری (Milling)، سنگ زنی (Grinding) یا روش های دیگر، به انجام رساند. یک روش رایج دیگر برای برطرف کردن کربن زدایی، برگرداندن همان مقدار کربن حذف شده به سطح فولاد می باشد. این روش را هم می توان با رساندن دمای فولاد کربن زدایی شده به نقطه تبلور مجدد آن و پر کردن اطراف آن با ترکیبات هیدروکربنی، انجام داد. هنگام انجام این فرایند باید به خوبی دقت و احتیاط نمود تا مقدار مناسبی از کربن به سطح فلز بازگردانده شود. 

اندازه گیری کربن زدایی

 این پدیده را تنها با دیدن و مشاهده کردن، نمی توان به طور مناسب اندازه گیری نمود. برای اندازه گیری دقیق میزان کربن زدایی که بر روی فولاد انجام شده، در قدم اول باید از ابزار های مناسبی استفاده نمایید. یک روش سریع و راحت برای اندازه گیری کربن زدایی، این است که سختی آن را اندازه گیری کنید. اگر ممکن است، بهتر است میزان سختی را قبل و بعد از انجام عملیات گرمایی بر روی آلیاژ انجام دهید و با مقایسه سختی آلیاژ در هر دو مرحله، به میزان کربن زدایی آن پی ببرید. بریدن یک قطعه نمونه، پرداخت کاری و پولیش آن و سپس مشاهده آن در زیر میکروسکوپ، راه دقیقی برای پی بردن به میزان دکربوراسیون انجام شده بر روی فلز است. این روش همچنین عمق، دکربوریزاسیون را نیز نشان می دهد.

فواید کربن زدایی

همانطور که گفتیم این پدیده اگر بصورت ناخواسته باشد، برای فولاد زیان آور خواهد بود. در مواقعی که کربن زدایی فولاد هدفمند باشد، مزایایی را نیز برای آلیاژ خواهد داشت. از آنجا که با کاهش میزان کربن در سطح فلز، سختی آن کاهش می یابد، برای ماشین کاری و فرم دهی مناسب تر خواهد بود، زیرا با کاهش سختی، شکل پذیری آلیاژ افزایش می یابد. با این حال به دلیل اینکه کربن زدایی همواره خطراتی را برای فلز بوجود می آورد، باید حتماً قبل از کربن زدایی، بررسی و تحقیقات مربوطه بر روی آلیاژ را انجام دهید تا مطمئن شوید این پدیده برای آن مناسب خواهد بود یا خیر.