433 بررسی عمليات حرارتي سطحي كربن دهي و نیتروژن دهی 14 صفحه فایل ورد

كربن دهي

كربن دهي فرايند اضافه كرددن كربن به سطح فولاد كم كربن است كه در دمايي معمولاً در محدوده حرارتي 850950 درجه سانتي گراد ، دمايي كه آستنيت با حد حلاليت زياد كربن در آن فاز پايدار باشد ، انجام مي شود . اين فرايند همراه با سرد كردن سريع و لذا تشكيل مارتنزيت پر كربن و مقاوم به سايش و خستگي در سطح بر روي مغزي نرم و مقاوم به ضربه از فولاد كم كربن است . سختي سطح فولاد كربن داده شده عمدتاً تابع درصد كربن آن است . با افزايش درصد كربن بيشتر از 5،0 درصد ، كربن اضافي اثر چنداني بر روي سختي نداشته ولي موجب افزايش سختي ناپذيري مي شود .

كربن بيشتر از 5،0درصد ممكن  است در آستنيت حل نشود مگر آنكه دماي عمليات به اندازه كافي بالا باشد . ضخامت پوسته كربن داده شده تابع زمان كربن دهي و كربن قابل دسترس ( پتانسيل كربن ) در سطح است . اگر به منظور دست يابي به عمق زياد نفوذ كربن زمان كربن دهي افزايش داده شود در حضور پتانسيل زياد كربن افزايش زياد كربن سطح و لذا تشكيل آستنيت باقيمانده يا كاربيد آزاد در سطح وجود دارد . تشكيل آستنيت باقيمانده و يا كاربيدآزاد هر دو اثرات سوء بر روي توزيع تنشهاي باقيمانده در پوسته دارند . لذا گفته مي شود كه پتانسيل زياد كربن براي زمان كربن دهي كوتاه مناسب است .

فولادهاي مناسب براي كربن دهي  معمولاً حدود 2،0 درصد كربن داشته و كربن پوسته را معمولاً در محدوده 8،0 1 درصد كنترل  مي كنند . مع هذا به علت خطر تشكيل آستنيت باقي مانده و مارتنزيت ترد و شكننده ناشي از كربن زياد ، درصد كربن سطح را معمولاً در حد 8،0 درصد حفظ مي كنند . به منظور جلوگيري از درشت شدن دانه ها در دماهاي بالا اكثراً از فولادهاي كشته ( اكسيژن زدا شده توسط آلومينيوم ) براي كربن دهي استفاده مي شود.

اگر چه از زمان ظهور كربن دهي اصول و مباني آن يعني نفوذ و تجمع كربن در سطح تغييري نكرده است ، مع هذا روش كربن دهي همواره در حال تحول و تكامل ممتد بوده است . در كاربردهاي اوليه، صرفاً قطعات را در محفظه هاي مناسب گذاشته ، توسط پودري از يك عامل كربن زا پوشانده و حرارت مي دادند ، ( كربن دهي جامد ) به علت آهسته بودن  اين فرايند و نياز به سرعت كربن دهي بيشتر ، فرايند جديد كربن دهي كه در آن از يك اتمسفر گازي كربن زا استفاده مي شد ابداع گرديد ( كربن دهي گازي ) . گرچه در اين فرايند سرعت كربن دهي به طور قابل ملاحظه اي افزايش يافت . مع هذا روش گازي مستلزم استفاده از يك اتمسفر چند جزيي بوده كه نياز به كنترل دقيق اجزاي تشكيل دهنده است . اين امر به خاطر جلوگيري از اثرات سو جنبي نظير اكسيده شدن سطح و مرز دانه ها است . به علاوه جهت تهيه و كنترل گاز مورد استفاده نياز به يك واحد جداگانه اي است . با وجود اين مشكلات و پيچيدگيها ، كربن دهي گازي موثرترين و گسترده ترين روش كربن دهي قطعات در توليد انبوه درآمد . به منظور ساده و خلاصه كردن اتمسفر گازي مورد استفاده ، كربن دهي در يك محيط عاري از اكسيژن و در فشار بسيار كم ( كربن دهي گازي ) ابداع و به عنوان يك فرايند كربن دهي جايگزيني گسترش يافت . گرچه در اين حالت تجهيزات و كوره مورد استفاده از برخي از جنبه ها پيچيده تر است ولي اتمسفر مورد استفاده به نحو قابل ملاحظه اي خلاصه و ساده تر است . مثلاً يك هيدروكربن ساده نظير متان ، از سوي ديگر از آنجايي كه قطعات در غياب اكسيژن حرارت داده مي شوند ، بدون خطر اكسيد شدن مي توان دماي عمليات را افزايش داد . افزايش دما نه تنها موجب افزايش حد حلاليت كربن در آستنيت مي شود بلكه نرخ نفوذ كربن را نيز افزايش مي دهد و لذا زمان لازم براي كربن دهي جهت حصول ضخامت مشخصي از پوسته را كاهش خواهد داد .

گرچه كربن دهي در خلاء برخي از مشكلات پيچيده كربن دهي گازي را مرتفع كرد ، مع هذا در اين فرايند مسايل جديدي به وجود آمد . از آنجايي كه كربن دهي در خلاء در فشارهاي بسيار كم و تحت جريان بسيار كم گاز كربن دهنده انجام مي شود پتانسيل كربن در فرورفتگيها و سوراخهاي كور به طور سريع كاهش مي يابد . تحت چنين شرايطي يك نايكنواختي زياد در ضخامت لايه كربن داده شده بهوجود مي آيد . مگر اينكه گاز درون كوره به طور مرتب و پيوسته عوض شود .

 اگر به منظور غلبه يافتن بر اين مسئله ، فشار گاز به طور قابل ملاحظه اي افزايش داده شود تشكيل كربن آزاد يا دوده را روي سطح خواهيم داشت . در شرايط بحث شده ، به منظوزر غلبه يافتن بر نا يكنواختي ضخامت پوسته در قطعات با شكلهاي پيچيده توصيه مي شود كه افزايش و كنترل فشار گاز به طور مرتب انجام گرفته ، به نحوي كه نايكنواختي ضخامت پوسته و خطر تشكيل دوده به حداقل ممكن رسيده و در عين حال نرخ كربن دهي  مناسبي را داشته باشيم . روش ديگري كه هر دو مشكل ياد شده را مرتفع كرده و در عين حال ويژگي هاي خاص استفاده از اتمسفر ساده و به كارگيري دماي بالا را در بردارد ، كربن دهي پلاسمايي و يا يوني است .

در يك آمارگيري از 800 كارگاه در امريكا و كانادا مشخص شده كه 70 درصد آنها تجهيزات و امكانات كربن دهي دارند . فرايندهاي مختلف كربن دهي در اين كارگاه ها به صورت زير بوده است :