التصلّد السطحي والنتردة
كربون أو نيتروجين ينتشر في السطح
يجعل التصلّد السطحي القشرة الخارجية فقط لقطعة الفولاذ صلبة، بينما يبقى الداخل متينًا. تُنقع ذرات الكربون (الكربنة) أو النيتروجين (النتردة) في السطح داخل فرن ساخن. أسنان التروس وأعمدة الكامات وأعمدة المرفق تحتاج هذا بالضبط: قشرة تقاوم التآكل فوق قلب لا يتشقق.
كيف تعمل
تحميل القطع في الفرن. تدخل القطع النظيفة فرنًا مغلقًا مملوءًا بغاز غني بالكربون (الكربنة، عادةً نحو 900–950 °C) أو بغاز الأمونيا أو البلازما (النتردة، عادةً نحو 500–570 °C). وتُغطى المناطق التي يجب أن تبقى طرية، مثلًا بطلاء نحاسي أو معجون.
ترك الذرات تنتشر إلى الداخل. تدخل ذرات الكربون أو النيتروجين السطح وتزحف إلى الداخل بالانتشار (ذرات تتجول ببطء داخل المعدن). كلما طال النقع زاد عمق الطبقة (القشرة المتصلبة)، عادةً خلال عدة ساعات.
إنهاء الدورة. تُروَّى القطع المكربنة في الزيت ثم تُلدَّن، كما في الدرس 12.1، فتصير القشرة الغنية بالكربون صلبة جدًا. أما القطع المنتردة فهي صلبة أصلًا وتبرد ببطء فقط، فلا تتشوه تقريبًا.
فحص الطبقة. تُقطع عيّنة اختبار وتُصقل وتُقاس صلادتها من السطح إلى الداخل للتأكد من عمق الطبقة.
حقائق أساسية
- المواد
- الكربنة: فولاذ منخفض الكربون؛ النتردة: فولاذ سبائكي يحتوي على الكروم أو الموليبدنوم أو الألومنيوم، فولاذ العدد، وبعض أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ
- القطع النموذجية
- التروس، أعمدة الكامات، أعمدة المرفق، مجاري كراسي التحميل، الأوتاد، قطع قوالب الحقن، لوالب البثق
- حجم القطعة
- من الأوتاد الصغيرة إلى تروس كبيرة بعرض يزيد عن متر، بحسب حجم الفرن
- الدقة
- الكربنة تشوّه القطع قليلًا، لذا تُجلخ الأوجه المهمة غالبًا بعدها؛ والنتردة تبقي المقاسات ضمن بضعة أجزاء من مئة من المليمتر
- تشطيب السطح
- القطع المكربنة غالبًا داكنة وتحتاج إلى تنظيف أو جلخ؛ والقطع المنتردة رمادية مطفأة
- حجم الدفعة المناسب
- دفعات من مئات إلى آلاف القطع في كل حمولة فرن
- كلفة العدّة والآلة
- أفران صناعية من نحو مئة ألف إلى ملايين الدولارات؛ ومعظم الشركات ترسل القطع إلى ورش معالجة حرارية متخصصة
- السرعة
- الكربنة: عدة ساعات للحمولة؛ النتردة: غالبًا 10–60 ساعة أو أكثر بحسب عمق الطبقة
نقاط القوة والحدود
نقاط القوة
- قشرة صلبة جدًا ومقاومة للتآكل فوق قلب متين يقاوم الصدمات
- ترفع مقاومة الكلال، فتعمّر القطع أكثر تحت الأحمال المتكررة
- النتردة لا تحتاج إلى إرواء، فالتشوه ضئيل
- قطع كثيرة تُعالج معًا في حمولة فرن واحدة
الحدود
- الطبقة رقيقة؛ والضرر العميق أو الجلخ الشديد قد يزيلانها
- الكربنة مع الإرواء قد تلوي القطع
- النتردة بطيئة، ولا تناسب إلا بعض أنواع الفولاذ السبائكي
- أفران متخصصة وتحكم بالغاز؛ وتُسنَد عادةً إلى جهة خارجية
أين تُستخدم
- السياراتتروس علب السرعة، أعمدة الكامات، أعمدة المرفق، أوتاد المكابس
- الطيرانتروس ناقل الحركة، كراسي التحميل، قطع معدات الهبوط
- العدد والقوالبقطع قوالب الحقن، قوالب البثق، لوالب بثّاقات البلاستيك
- الآلات الصناعيةالتروس، الأعمدة، قطع السلاسل، المكوّنات الهيدروليكية
- الأسلحة الناريةالشرائح والسبطانات، وغالبًا ما تُنتردَ في حمّام الملح
كيف تتعرف عليها
- أسطح رمادية مطفأة أو سوداء على التروس والأعمدة، مع أوجه كراسي تحميل مجلوخة.
- المبرد ينزلق على السطح، رغم أن القطعة قد تنحني بدل أن تنكسر.
- في عيّنة مقطوعة ومحفورة: حافة أغمق أو أفتح بعمق منتظم حول الحافة.
قارنها بـ
شاهدها
Artisan Makes · شرح بسيط، ثم تصلّد سطحي في الورشة
THE FACILITY · كربنة بالتعبئة، وإرواء، واختبار بالمبرد قبل وبعد
ION HEAT · كيف تختلف طريقتا النتردة
Ionitech Ltd. · قطع متوهجة داخل حجرة نتردة بالبلازما
شاهد صورًا حقيقية
- ويكيبيديا: الكربنة — طرق الكربنة والقطع المتصلبة
- ويكيبيديا: النتردة — النتردة بالغاز وبحمّام الملح وبالبلازما
- البحث عن الصور في ويكيميديا كومنز
تذكّر
- التصلّد السطحي يضع قشرة صلبة فوق قلب متين.
- تضيف الكربنة الكربون عند حرارة عالية ثم ترويّ؛ وتضيف النتردة النيتروجين عند حرارة أقل، دون إرواء.
- مثالي للتروس والأعمدة التي يجب أن تقاوم التآكل والصدمات معًا.
جرّبه
سخّر الذكاء الاصطناعي في عملك على CAD.
انمذج القطع، وأنشئ الرسومات، وأتمت العمل المتكرر داخل برنامج CAD الخاص بك.