X
تبلیغات
مهندسی سطح SURFACE ENGINEERING - کربوره کردن (کربن دهی) carburizing

کربوره کردن (کربن دهی) carburizing

دراین روش فولادکم کربن را  به منطقه دمایی آستنیت برده و با افزایش پتانسیل کربن کوره یک شیب غلظتی بین  محیط و سطح قطعه ایجاد می کنیم در این حالت کربن طی دو مرحله 

الف- جذب سطحی

ب- نفوذ کربن به داخل سطح

به داخل سطح نفوذ کرده و پس از آن با سریع سرد کردن ساختار مارتنزیتی در سطح بوجود می آوریم با توجه به اینکه جهت کربوره کردن ازفولادهای کم کربن استفاده می کنیم پس از سریع سرد کردن مغز یا عمق قطعه سخت نمی شود

به طورکلی سه روش کربوره کردن داریم

1-جامد

2-مایع

3-گازی

که می توان گفت در هر سه روش واکنش زیر حتما وجود دارد

2Co→Co2+c

در اثر جذب سطحی یک شیب غلظتی بین سطح وزیرسطح اتفاق می افتد ، میزان جذب کربن  در یک سطح عمدتا توسط دو پارامتر کنترل می شود

1-واکنشی که بین اجزا تشکیل دهنده محیط ((Co,Co2  و محلول جامد آستنیت انجام می گیرد

2- سرعت نفوذ کربن از سطح به داخل آستنیت

روش های کربوره کردن

1-کربوره جامد (کربن دهی مایع)

در این روش قطات  در داخل بک جعبه فولادی قرار داده شده و هوا وکربن به علاوه عامل انرژی زا  در کنار قطعات قرار می گیر و سپس جعبه توسط آزبست از بیرون ایزوله می شود سپس جعبه را در کوره قرار داده و به منطقه آستنیت برده تا عملیات کربوره اتفاق بافتد ،عامل کربن ده شامل کک و عامل کربن زا نظیر ذغال و حدود 6 تا 20 درصد مواد انرژی زا و یکی از نمک های کربنات مانند کربنات سدیم ،کربنات باریم یا کربنات پتاسیم در این فرآیند استفاده می شود در ابتدای کار اکسیژن حبس شده در جهبه با زغال ترکیب شده و co2 تولید می کند سپس co2  در دمای بالاتر با ذغال ترکیب شده و گاز co  تولید می کند به طور کلی این روش از لحاظ ظرف-آزبست . کار گرم مقرون به صرفه نیست

 2-کربوره مایع  (کربن دهی مایع)

در این روش از حمامهای سیانوری که مخلوطی از مذاب نمک ها شامل 10 تا 50 درصد سیانور فلزات قلیایی نظیر سیانور سدیم یا سیانور پتاسیم و حداکثر 40 درصد کربنات سدیم و مقادیر متفاوتی از کلرید سدیم،کلرید پتاسیم ویا کلرید باریم در محدوده دمایی 850 تا 950 انجام می گیرد در این حمامها عامل کربن زا نمک های سیانور می باشد قابل ذکر است این روش بسیار سمی می باشد

3- کربوره گازی (کربن دهی گازی)

در تولید انبوه قطعات این روش اقتصادی ترین روش می باشد از طرفی مکانیزه کردن این روش نسبت به دو روش قبل امکان پذیرتر می باشد .این روش ار نظر اقتصادی مقرون به صرفه و سرعت بالایی دارد و نیاز به نیروی انسانی کمتری نیز دارد

معمول ترین منبع تولید کربن در اینروش گاز طبیعی (CH4)می باشد  ولی به این دلیل که این گاز غنی از هیدرو کربن می باشد در صورتی که به تنهایی استفاده شود بر روی قطعه دوده ایجاد می شود که مانع جذب کربن می شود بنابراین یک گاز حامل بنام گاز اندوترمیک (مخلوط هوای فشرده و گاز طبیعی را به نسبت 2 به 1 و در دامنه حرارتی 1040 تا 1200د درجه از یک بستر نیکل عبور می دهند که نیکل به عنوان کاتالیزور واکنش می باشد و در نتیجه واکنش زیر اتفاق می افتد

2CH4+O2+3/8N2→2C0+4H2+3/8N2

برای جلوگیری از تشکیل دوده این گاز را سریعا تا دمای 315 درجه سانتیگراد سرد می کنند بنابراین اتمسفر کوره ای که برای کربن دهی به روش گازی استفاده می شود شامل یک گاز اندوترمیک به عنوان حامل و یک هیدرو کربن نظیر متان یا پروپان به عنوان یک عامل کربن زا می باشد برای جلوگیری از نفوذ هوا به داخل کوره باید فشار گاز داخل کوره باید فشار گاز داخل کوره در حین کربن دهی بیشتر از فشار اتمسفر باشد

کربن دهی موضعی یا انتخابی

الف-استفاده از پوشش مسی به ضخامت 30 الی 40 میکرون

ب-استفاده از خمیر های محافظ

ج-استفاده از ضخامت اضافه در قسمت هایی که نباید کربوره شوند

عملیات حرارتی قطعات کربن دهی شده

الف-سخت کردن مستقیم : در این رو قطعه پس از کربن دهی و از همان دما مستقیم و بلافاصله به محیط سرد کننده که معمولا روغن می باشد انتقال داده می شود این روش برای شکل های ساده استفاده می شود به علاوه در جاهایی که درصد کربن وضخامت لایه کربوره زیاد نباشد می توان از این روش استفاده کرد بایستی دقت شود که دما وزمان کربن دهی باید در حدی باشد که از درشت شدن دانه ها جلوگیری شود

ب- سخت کردن یک مرحله ای : در این روش بعد از کربن دهی قطعه به آرامی تا دمای اتاق سرد می شود پس با توجه به درصد کربن سطح آن را در دمای ماسب آستنیته کرده و در محیط مناسب سرد می کنیم (روغن به علت شوک حرارتیی پایین)

ج-سخت کردن دومرحله ایی : قطعه را پس از کربن دهی به آهستگی تا دمای اتاق سرد می کنیم سپس آن را در درجه حرارتی در حدود 850 تا 900 درجه  سانتیگراد آستنیته کرده و سریعا سرد می کنیم پس از آن قطعه را در دمای پایین تر حدود 780 تا 820 مجدد آستنیته کرده و سریع سرد می کنیم

پس از عملیات کربن دهی قطعه حتما باید تمپر شود که معمولا در دمای زیر 200 درجه انجام می شود

باتوجه به اینکه فرآیند کربوره یک عملیات سطحی می باشد و کربن به داخل شبکه نفوذ کرده و شبکه دچار انبساط می شود و سطح قطعه دچار تنش های فشاری می شود بنابر این مقاومت خستگی بالا می رود

تعریف پتانسیل کربن

درصد کربن یک صفحه بیار نازک از فولاد کم کربن وقتی که بین کربن محیط و کربن نمونه تعادل برقرار باشد

2CO→CO2+C

در صورتی که این واکن به سمت راست حرکت کند عمل کربوره شدن اتفاق می افتد و کربوره شدن تا زمانی که واکنش به تعادل برسد ادامه می یابد که این واکنش پایه واساس فرآیندهای کربن دهی می باشد پس از رسیدن به پتانسیل مشخص کربن درصد مشخصی از کربن توسط فولاد جذب سطحی می شود و در ادامه عمق نفوذ آن توسط سرعت نفوذ آن به داخل آستنیت که خود تابع دما و زمان می باشد مشخص می شود

فولادهای مناسب برای کربن دهی

به طور کلی فولادهای کم کربن مناسبند که در این صورت استحکام به ضربه وانعطاف پذیری را نیز داریم ولی در صورتی که نیاز به استحکام بالاتر باشد از عناصر آلیاژی نظیر کرم-مولیبدن-منگنز و نیکل نیز استفاده می شود

نحوه سنجش ضخات لایه کربن داده شده

دو روش داریم

1-روش متالوگرافی :قطعه کربن داده شده را مقطع زده و زیر میکروسکوپ نوری و یا توسط یک ذره بین لایه کربوره را اندازه می گیریم

2-روش سختی سنجی میکرو: قطعه را مقطع زده و مقطع نمونه را از سطح به مغز با نیروی بسیار کم 1Kpb=100 gr  توسط روش ویکرز سختی سنجی می شود و نمودار پروفیل سختی را بر حسب فاصله از سطح قطعه رسم می کنیم  تاجایی که سختی 550 ویکرز باشد را می توان ضخامت لایه کربوره در نظر گرفت

کربن دهی دو اشکال اساسی دارد 

1- دمای بالا که باعث تغییرات ابعادی قطعات می شود

2- شوک حرارتی

که به طور کلی هر دو باعث تاب بر داشتن قطعه می شود

 محمد رضا ابراهیمی

+ نوشته شده در  چهارشنبه نوزدهم اسفند 1388ساعت 11:7  توسط محمد رضا ابراهیمی  |