کربن از تاثیرگذارترین عناصر موجود در فولاد میباشد. در این مقاله توضیح کامل و جامعی درباره تاثیر کربن در فولاد خواهیم داد
کربن چیست؟
کربن یکی از عناصری است که از نظر ساختاری به صورت جامد می باشد و رنگ آن خاکستری متمایل به سیاه است. این ماده شگفت انگیز دارای خاصیت خود مختاری شیمیایی است و میتوان از آن در جهت ایجاد تعداد بیشماری مولکول های شیمیایی و زیستی با اهمیت استفاده کرد. کربن در لغت به معنای زغال چوب است و از واژه لاتین carbo گرفته شده است. عناصر کربن را میتوان بر اساس حالت به دسته های مختلف گاز، مایع و جامد نیز دسته بندی کرد. به صورت کلی کربن را در بخش غیر فلزاتی قرار میدهند که در جدول تناوبی در گروه های 14، 15 و 16 قرار میگیرد.
این عنصر در اشکال مختلفی در طبیعت یافت میشود به عنوان مثال الماس کربن خالص می باشد اما در مقابل گرافیت و زغال سنگ در ساختار خود مقدار زیادی کربن دارند اما شامل درصد کمی از مواد دیگر نیزمیشوند. نفت و گاز طبیعی ترکیبی از کربن و هیدروژن هستند. کربنات ها متشکل از سنگ های بسیار بزرگی هستند و عموما در بیشتر مکان ها پیدا میشوند. بیشتر از هزاران ترکیب در جهان شامل کربن میشوند. در ادامه درصد فروانی این عنصر در مکان های گوناگون را بیان میکنیم:
پوسته زمین: ۰٫۱۸ درصد
اقیانوس: ۰٫۰۰۲۸ درصد
بدن انسان: ۲۳ درصد
شهاب سنگ ها: ۱٫۵ درصد
فولاد چیست؟
فولاد به آلیاژهایی گفت میشود که عنصر اصل آن ها آهن می باشد. کربن را نیز میتوان مهم ترین ماده آلیاژی فولاد به شمار آورد. البته در انواع فولاد آلیاژ های مختلف دیگری نیز میتواند وجود داشته باشد. درصد کربن موجود در فولاد در بازه بین 3 تا 1/5 متغیر است. اگر آلیاژهای آهنی دارای کمتر از سه درصد کربن باشند آهن محسوب میشوند اما چنانچه بیشتر از 1/5 درصد کربن داشته باشند به عنوان چدن نام گذاری میشوند و حالت خام آن را نیز آهن خام می نامند. اگر آلیاژ مورد نظر به میزانی کمتر از 50 درصد آهن در خود داشته باشد جزء فولادها محسوب نمیگردد. فولاد ها را میتوان بر حسب شکل ظاهری و ترکیبات شیمیایی که دارند در دسته بندی های مختلفی قرار داد.
فولادهای کربنی
فولادهای کربنی پر مصرف ترین و کاربردی ترین نوع فولادها به شمار میروند که در ساختار خود دارای آهن و حداکثر یک درصد کربن می باشند. غالبا این نوع فولادها در میزان درصد کربن با یکدیگر تفاوت دارند. فولادهای کربنی با در نظر گرفتن درصد کربن موجود در ساختار آن ها به انواع زیر تقسیم بندی میشوند:
فولاد کم کربن: این نوع فولاد حداکثر دارای 25 درصد کربن می باشد و در سازه ها و انواع پروژه های مهندسی به وفور مورد استفاده قرار میگیرد.
فولاد با کربن متوسط: فولادی که بین 25/0 تا 7/0 درصد کربن دارد و عموما در اجزاء قطعات متحرک استفاده میشود.
فولاد پر کربن: دسته دیگری از فولادها که شامل 7/0 تا 1 درصد و در موارد محدود تا 5/1 درصد کربن میشوند را فولاد پر کربن می نامند. از این نوع فولادها در ساخت ابزارآلات مهندسی و سکه بهره میبرند.
همچنین بخوانید: کاربرد تنگستن در فولاد
دسته بندی فولادها بر اساس ترکیب شیمیایی
فولادهای آلیاژی
این نوع از فولادها نیز در ساختار خود دارای کربن هستند اما ویژگی های آن ها عموما توسط عنصرهای شیمیایی اضافه شده به آن ها تعیین میگردد. برخی از این عناصر موجب سختی و استحکام فولاد میشوند و مقاومت آن را در برابر خوردگی تا حد زیادی افزایش میدهند.
فولاد زنگ نزن
فولاد زنگ نزن در واقع همان فولاد معمولی می باشد که دارای پوششی ضد زنگ است. عنصر کروم یکی از مهم ترین موادی است که در تولید فولاد ضد زنگ مورد استفاده قرار میگیرد. عموما فولاد ضد زنگ چیزی حدود 8 درصد نیکل در ساختار خود دارد. از این فولادها در موارد بسیاری مانند تولید قطعات مربوط به موتور جت، کارد و چنگال و تجهیزات پخت و پز استفاده می کنند.
فرآورده های طولی
این دسته شامل قطعات سبک و سنگین فولادی میشوند که در میان آن ها میتوان به تیر آهن، نبشی و میلگرد اشاره کرد.
فرآورده های تخت
این گروه شامل انواع ورق های فولادی و صفحه ها میشود که محصولاتی مانند تسمه حاصل از نورد گرم و سرد را با آن ها تولید می کنند.
تاثیر کربن در فولاد های سخت شده
تاثیر کربن در فولاد های سخت شده بسیار مهم است. به صورت کلی درصد کربن است که میزان سختی هر فولادی را تعیین میکند. کربن آب گیری فولادهای کربن دار را ممکن میسازد . کربن را میتوان یک اکسید زدا نیز به شمار آورد که کشش و اندازه الاستیک را افزایش داده و مقاومت به ضربه را کاهش میدهد. اگر فولادی کمتر از دو درصد کربن در ساختار خود داشته باشد عموما قادر به آب گیری نمی باشد. بعد از پروسه آبدهی تا اندازه 12 درصد سختی فولاد افزایش پیدا میکند. از این اندازه به بعد دیگر سختی فولاد زیاد نمیشود و ویژگی های خود برای چکش کاری را نیز از دست خواهد داد.
همچنین بخوانید: تاثیر سیلیسیوم در فولاد
انواع روش های کربن دهی فولاد
کربن دهی جامد
در این نوع کربن دهی قطعات فولادی را همراه با کربن در یک جعبه نسوز قرار میدهند سپس این باکس را به وسیله متریال نسوزی مانند خاک رس از محیط خارج جدا میسازند و در بازه دمایی 875 الی 925 درجه سانتی گراد حرارت میدهند. این جعبه در بازه زمانی معینی در این دما قرار میگیرد.گاز Co2 بر اثر واکنش های شیمیایی رخ داده در این جعبه ایجاد میگردد که با تجزیه شدن در سطح فولاد باعث تولید شدن کربن میشود.
کربن دهی مایع
در این روش کربن دهی، قطعات فولاد را در حمام مذاب مملو از سیانید قرار میدهند و بازه دما دهی به آن چیزی حدود 850 الی 89 درجه سانتی گراد می باشد و در محدوده زمانی مشخصی در این شرایط میماند. در این میان واکنش های مختلفی روی میدهد که باعث آزاد شدن نیتروژن و مونو کسید کربن در سطح فولاد میگردد. مونو کسید کربن به کربن اتمی و نیتروژن اتمی در سطح فولاد جذب و به داخل آن ها نفوذ میکند.
کربن دهی گازی
در روش کربن دهی گازی فولاد را تا دمای 900 درجه سانتی گراد حرارت میدهند که این محیط شامل انواع گازها می باشد. این گازها شامل گازهایی میشوند که میتوانند در سطح فولاد تجزیه شوند و کربن اتمی را تولید کنند. در این پروسه گازهای کربن زا و اندوترمیک به این گاز اضافه میشوند.
همچنین بخوانید: کاربرد مولیبدن در فولاد
سخن آخر
تاثیر کربن در فولاد ها به طوریست که در صورت کاهش یا افزایش میزان آن قادر به تغییر خواص فیزیکی فولاد میشود. شما میتوانید برای کسب اطلاعات بیشتر با کارشناسان ما در ارتباط باشید