مبدأ الكربنة لعامل الكربنة
عامل الكربنة المستخدم عادة في الحديد الزهر هو مادة كربونية ، ومكونها الرئيسي هو الكربون. المواد الكربونية تتكون أساسًا من الجرافيت والكربون غير المتبلور. الجرافيت بلورة سداسية. تتكون ذرات الكربون في بلورات الجرافيت من طبقات. في نفس الطبقة ، تكون الرابطة التساهمية بين الذرات قوية جدًا وقوة الترابط قوية جدًا. مجتمعة ، قوة الترابط ضعيفة للغاية. لذلك ، من السهل وضع طبقة من الجرافيت وله قوة منخفضة جدًا. نظرًا لأن بلورة الجرافيت لها مثل هذه الخصائص الهيكلية ، فإنها تميل إلى النمو لتصبح بنية صفائحية عندما تنمو في الحديد المنصهر. الكربون غير المتبلور هو أيضًا بلورة رقاقات سداسية. الفرق بين الكربون غير المتبلور والجرافيت هو أن الترتيب السداسي غير مكتمل وأن مسافة الطبقة البينية أكبر قليلاً.
درجة حرارة انصهار الكربون في الشكل الأولي للمكربن هي 3727 ℃ ولا يمكن صهرها عند درجة حرارة الحديد المصهور. لذلك ، يتم إذابة الكربون الموجود في عامل الكربنة بشكل أساسي في الحديد المصهور من خلال الذوبان والانتشار. عندما يكون WC للحديد المنصهر 2.1٪ ، يمكن إذابة الجرافيت في مكربن الجرافيت مباشرة في الحديد المنصهر. باستثناء أن الكربون ينتشر ويذوب تدريجياً في الحديد المصهور بمرور الوقت ، فلا توجد ظاهرة مباشرة للكربون غير الجرافيت. لذلك ، من أجل كربنة صهر الحديد الزهر الصناعي في الفرن الكهربائي ، يكون معدل كربنة الجرافيت أعلى بكثير من عامل الكربنة غير الجرافيت.
أظهرت النتائج أن انحلال الكربون في الحديد المصهور يتأثر بانتقال الطبقة الحدية السائلة على سطح الجسيمات الصلبة. تمت مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها مع جزيئات فحم الكوك والفحم مع تلك التي تم الحصول عليها باستخدام الجرافيت. وجد أن معدل انتشار مكربن الجرافيت في الحديد المصهور كان أسرع بكثير من معدل انتشار فحم الكوك وجزيئات الفحم. من خلال مراقبة جزيئات الكوك والفحم المذابة جزئيًا بواسطة المجهر الإلكتروني ، وجد أن طبقة رماد لزج رفيعة جدًا تتشكل على سطح العينة ، وهو السبب الرئيسي لانتشارها وانحلالها في الحديد المصهور.