---
title: "نزع الكربنة من الفولاذ: الأسباب والقياس والتحكم | Steel Equivalents"
description: "تعرّف على كيفية حدوث نزع الكربنة في الفولاذ، وكيفية قياسه والتحكم فيه."
canonical: https://steelequivalents.com/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85
language: ar
robots: index, follow
og_type: article
type: wiki-article
language_alternates:
  en: https://steelequivalents.com/wiki/heat-treatment/steel-decarburization-causes-measurement-and-control.md
  cs: https://steelequivalents.com/cs/wiki/tepelné-zpracování/dekarbonizace-oceli-příčiny-měření-a-kontrola.md
  de: https://steelequivalents.com/de/wiki/wärmebehandlung/entkohlung-von-stahl-ursachen-messung-und-kontrolle.md
  es: https://steelequivalents.com/es/wiki/tratamiento-térmico/descarburización-del-acero-causas-medición-y-control.md
  fr: https://steelequivalents.com/fr/wiki/traitement-thermique/décarburation-de-l-acier-causes-mesure-et-contrôle.md
  hu: https://steelequivalents.com/hu/wiki/hőkezelés/az-acél-dekarbonizációja-okai-mérése-és-szabályozása.md
  it: https://steelequivalents.com/it/wiki/trattamento-termico/decarburizzazione-dell-acciaio-cause-misurazione-e-controllo.md
  nl: https://steelequivalents.com/nl/wiki/warmtebehandeling/decarburisatie-van-staal-oorzaken-meting-en-beheersing.md
  pl: https://steelequivalents.com/pl/wiki/obróbka-cieplna/dekarburyzacja-stali-przyczyny-pomiar-i-kontrola.md
  pt: https://steelequivalents.com/pt/wiki/tratamento-térmico/descarbonização-do-aço-causas-medição-e-controlo.md
  ru: https://steelequivalents.com/ru/вики/термическая-обработка/обезуглероживание-стали-причины-измерение-и-контроль.md
  tr: https://steelequivalents.com/tr/wiki/ısıl-işlem/çeliğin-dekarbürizasyonu-nedenleri-ölçümü-ve-kontrolü.md
  zh: https://steelequivalents.com/zh/维基/热处理/钢材脱碳-原因-测量与控制.md
  ja: https://steelequivalents.com/ja/ウィキ/熱処理/鋼の脱炭-原因-測定-制御.md
  ar: https://steelequivalents.com/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85.md
  ko: https://steelequivalents.com/ko/위키/열처리/강재-탈탄-원인-측정-및-제어.md
  pt-br: https://steelequivalents.com/pt-br/wiki/tratamento-térmico/descarbonetação-do-aço-causas-medição-e-controle.md
  hi: https://steelequivalents.com/hi/विकी/ऊष्मा-उपचार/इस्पात-का-डीकार्बराइजेशन-कारण-मापन-और-नियंत्रण.md
content_hash: sha256:b6624649c33033fe522c8266f7215c833f0cd1862bdaa97d51c94cf5308917aa
generated: 2026-09-26
---

> **Machine-readable Markdown rendering.** This is a Markdown representation of a web page,
> served for AI agents and crawlers as a token-efficient alternative to the full HTML.
> Full interactive HTML version: https://steelequivalents.com/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85
> Canonical URL: https://steelequivalents.com/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85
> Available languages: en, cs, de, es, fr, hu, it, nl, pl, pt, ru, tr, zh, ja, ar, ko, pt-br, hi
> Change detection: `content_hash` is the SHA-256 of this document's Markdown body — everything
> below this block, whitespace-trimmed, excluding the front-matter. Compare it to detect a real
> content change; `generated` moves on every render and is not a change signal.

![نزع الكربنة من الفولاذ: الأسباب والقياس والتحكم](/images/uploads/82d4c658-7cb1-4ba5-a309-424d38c59341/wiki-hero-a-polished-steel-cross-section-showing-a-decarburized-ferritic-surface-layer-gra-1920x823.jpg)

المعالجة الحرارية

# نزع الكربنة من الفولاذ: الأسباب والقياس والتحكم

تعرّف على كيفية حدوث نزع الكربنة في الفولاذ، وكيفية قياسه والتحكم فيه.

![صورة Anders Bergström، مراسل قطاع الفولاذ](/images/uploads/a7d8e5bc-7cdf-409b-913b-211e63e8c441/anders-bergstr-m-1920x1920.jpg)

 **[Anders Bergström](/ar/أخبار/مؤلف/anders-bergstrom "Anders Bergström")** المعالجة الحرارية قراءة 60+ دقائق تم التحديث 14‏/08‏/2026 مُراجَع علمياً

  في هذه الصفحةفي هذه الصفحة

- [ما هي إزالة الكربون من الفولاذ وما ليست كذلك](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85#ما-هي-إزالة-الكربون-من-الفولاذ-وما-ليست-كذلك "ما هي إزالة الكربون من الفولاذ وما ليست كذلك")
- [القوة الدافعة الديناميكية الحرارية: نشاط الكربون عند السطح](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85#القوة-الدافعة-الديناميكية-الحرارية-نشاط-الكربون-عند-السطح "القوة الدافعة الديناميكية الحرارية: نشاط الكربون عند السطح")
- [الانتشار والتفاعل وتكوّن طبقة منزوعة الكربنة](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85#الانتشار-والتفاعل-وتكو-ن-طبقة-منزوعة-الكربنة "الانتشار والتفاعل وتكوّن طبقة منزوعة الكربنة")
- [درجة الحرارة والزمن والاستجابة غير الرتيبة لإزالة الكربنة](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85#درجة-الحرارة-والزمن-والاستجابة-غير-الرتيبة-لإزالة-الكربنة "درجة الحرارة والزمن والاستجابة غير الرتيبة لإزالة الكربنة")
- [أجواء الفرن والأسباب الرئيسية للعملية](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85#أجواء-الفرن-والأسباب-الرئيسية-للعملية "أجواء الفرن والأسباب الرئيسية للعملية")
- [كيفية قياس نزع الكربون وفقًا للمعايير](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85#كيفية-قياس-نزع-الكربون-وفق-ا-للمعايير "كيفية قياس نزع الكربون وفقًا للمعايير")
- [القياس الميتالوغرافي: ما الذي يمكن للمجهر إظهاره وما الذي لا يمكنه إظهاره؟](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85#القياس-الميتالوغرافي-ما-الذي-يمكن-للمجهر-إظهاره-وما-الذي-لا-يمكنه-إظهاره "القياس الميتالوغرافي: ما الذي يمكن للمجهر إظهاره وما الذي لا يمكنه إظهاره؟")
- [طرق قياس الصلادة والتحليل الكيميائي](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85#طرق-قياس-الصلادة-والتحليل-الكيميائي "طرق قياس الصلادة والتحليل الكيميائي")
- [التحكم في نزع الكربون أثناء المعالجة الحرارية والتلبيد](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85#التحكم-في-نزع-الكربون-أثناء-المعالجة-الحرارية-والتلبيد "التحكم في نزع الكربون أثناء المعالجة الحرارية والتلبيد")
- [عواقب التصحيح والإزالة والقبول والفشل](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85#عواقب-التصحيح-والإزالة-والقبول-والفشل "عواقب التصحيح والإزالة والقبول والفشل")
- [سير عمل للتحقيق وإعداد التقارير قائم على المعايير](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85#سير-عمل-للتحقيق-وإعداد-التقارير-قائم-على-المعايير "سير عمل للتحقيق وإعداد التقارير قائم على المعايير")

## ما هي إزالة الكربون من الفولاذ وما ليست كذلك

### تعريف إزالة الكربون والمنطقة منزوعة الكربون

إزالة الكربون من الفولاذ هي فقدان الكربون القريب من السطح، أو فقدان الأطوار الغنية بالكربون، من منتج فولاذي أثناء التسخين أو المعالجة أو الخدمة. والمنطقة المتأثرة هي **المنطقة منزوعة الكربون**: طبقة تقع أسفل السطح الأصلي أو النهائي، ويكون فيها محتوى الكربون أو نسبة الطور الحامل للكربون أو كلاهما أقل مما هو عليه في الجزء الداخلي غير المتأثر. يصف مرجع NIST المعنون *Damage and Failure Modes of Structural Steel Components* هذه المنطقة بأنها فقدان قريب من السطح للكربون وللأطوار الغنية بالكربون عندما يتفاعل كربون السطح مع الأكسجين لتكوين أول أكسيد الكربون الغازي (CO) أو ثاني أكسيد الكربون (CO₂).

ينتج نزع الكربون عن تفاعل سطحي مقترن بانتشار الكربون في الحالة الصلبة، وليس عن الأكسدة وحدها. Strong evidence

تحدث هذه الظاهرة عادةً أثناء المعالجة الحرارية أو الحدادة أو الدرفلة أو التلبيد أو أي عملية أخرى عند درجات حرارة مرتفعة يلامس فيها سطح الفولاذ غاز قادر على إزالة الكربون. وتُعد غازات الأفران الحاوية على الأكسجين من الأسباب الشائعة، إلا أن التفاعل لا يتحكم فيه وجود الأكسجين وحده. إذ يجب أن ينتشر الكربون من الداخل نحو السطح، وأن تسير التفاعلات السطحية بمعدل كافٍ، وأن يكون للجو داخل الفرن نشاط كربوني فعّال أقل من نشاط الفولاذ. وإذا كان للجو قابلية كربنة أعلى من سطح الفولاذ، فقد يدخل الكربون إلى الفولاذ بدلاً من ذلك. ولذلك يعمل السطح بوصفه حدّاً تفاعلياً مقترناً بالانتشار في الحالة الصلبة.

يصف فصل ASM المعنون *Steel Decarburization—Mechanisms, Models, Prevention, Correction, and Effects on Component Life* انتشار الكربون عبر الحديد الأوستنيتي نحو السطح بأنه جزء محوري من العملية. فعند درجة الحرارة المعنية، يتحرك الكربون عبر شبكة الأوستنيت، بينما تستهلك التفاعلات عند السطح الكربون. ويمكن لتدرج التركيز الناتج أن يمتد إلى مسافة أبعد من السطح المتغير ظاهرياً. ولا تكشف طبقة القشور الداكنة، بحد ذاتها، مدى امتداد فقدان الكربون في العمق.

يصف نزع الكربون الجزئي والكلي حالات ميتالورجية، وليس فئات عالمية للعمق.
| الحالة | المعنى | المؤشر البنيوي النموذجي |
|---|---|---|
| نزع الكربون الجزئي | ينخفض محتوى الكربون أو الطور الغني بالكربون لكنه يظل موجودًا | انخفاض محتوى البرليت أو الكربيد، أو تغير نسبة الأطوار |
| نزع الكربون الكلي | تكون المكوّنة الغنية بالكربون المتوقعة قد أزيلت من الطبقة المعنية | بنية سطحية فقيرة بالكربون أو فيريتية بالكامل |

يميز علماء الفلزات عادةً بين **إزالة الكربون الجزئية** و**إزالة الكربون الكلية**. وتعني إزالة الكربون الجزئية بقاء بعض الكربون في الطبقة المتأثرة، رغم أن تركيزه أو محتوى الطور الغني بالكربون فيها أقل من مثيله في الفولاذ غير المتأثر. أما إزالة الكربون الكلية فتعني إزالة المكوّن الغني بالكربون المتوقع في ظل تركيب الفولاذ وحالة معالجته حرارياً من الطبقة المعنية، مما يترك بنية فقيرة بالكربون. وهذه حالات فلزية وليست فئات عالمية للعمق. وتحدد المواصفة ISO 3887:2023، المعنونة *Steels — Determination of the depth of decarburization*، ثلاث طرائق لتحديد عمق إزالة الكربون في منتجات الفولاذ، إلا أن معنى العمق المبلغ عنه يظل معتمداً على المعيار والطريقة المحددين.

وقد يكون الانتقال من المادة منزوعة الكربون إلى المادة غير المتأثرة حاداً أو تدريجياً أو غير منتظم. فقد يُظهر الفولاذ ناقص اليوتكتويد طبقة سطحية فريتية انخفض فيها البيرلايت أو اختفى. وقد يُظهر الفولاذ الأعلى محتوى من الكربون انخفاضاً في محتوى الكربيدات، أو بيرلايت متغيراً، أو طبقة فريتية بالكامل قرب السطح. كما تؤثر عناصر السبك في نشاط الكربون والانتشار واستقرار الأطوار ومظهر المنطقة المتحولة. ولهذا السبب، لا يمثل «عمق إزالة الكربون» دائماً حداً واحداً واضحاً يمكن رؤيته عند التكبير المنخفض.

### إزالة الكربون مقارنةً بالأكسدة والتقشر والكربنة ونضوب الكربون الناتج عن المعالجة

#### حالات السطح ذات الصلة

الأكسدة

تفاعل مكوّنات الفولاذ مع الأكسجين أو بخار الماء أو ثاني أكسيد الكربون.

تكوّن القشور

تكوّن منتجات أكسيد الحديد على السطح وإزالتها.

الكربنة

الدخول الصافي للكربون إلى سطح الفولاذ.

نزع الكربون

فقدان الكربون أو الأطوار الغنية بالكربون بالقرب من السطح.

غالباً ما تحدث إزالة الكربون والأكسدة معاً، لكنهما ليستا مترادفتين. **الأكسدة** هي تفاعل مكوّنات الفولاذ مع الأنواع المؤكسدة، مثل الأكسجين أو بخار الماء أو ثاني أكسيد الكربون. ويمكن لأكسدة الحديد أن تنتج غشاءً أو قشرةً من الأكاسيد، بينما يمكن لأكسدة الكربون أن تنتج CO أو CO₂ وتخفض محتوى الكربون أسفل السطح. ولذلك قد يؤدي جو الفرن إلى أكسدة السطح من دون إنتاج منطقة منزوعة الكربون ذات أهمية عملية، أو قد يسبب التأثيرين معاً.

يشير **التقشر** أساساً إلى تكوّن نواتج الأكسدة الملتصقة أو السائبة على سطح الفولاذ وإزالتها. وقد تحتوي القشرة على أكاسيد الحديد، مثل الفوستيت والمغنيتيت والهيماتيت، تبعاً لدرجة الحرارة وظروف الغاز. ولا تثبت طبقة القشرة السميكة عمق فقدان الكربون. وعلى العكس، يمكن أن تحدث إزالة الكربون في ظل جو أو طلاء ينتج مقداراً قليلاً من القشرة المرئية. ويربط مرجع Cambridge المعنون *Atmosphere Control for the Protection of Metals During Production Processes* على وجه التحديد بين التعرض المباشر لأجواء الاحتراق ذات الأكسجين الزائد وبين الأكسدة والتقشر وإزالة الكربون، مع اعتبار هذه الظواهر نتائج مترابطة لكنها متميزة.

يُعبَّر عن القوة الدافعة الكيميائية بصورة أدق من خلال **نشاط الكربون** أو قابلية الكربنة في الفرن، لا من خلال تسمية بسيطة مثل «جو مؤكسد». وتتحدد قابلية الكربنة أثناء المعالجة الحرارية للفولاذ بالفارق بين نشاط الكربون في الفولاذ ونشاطه في الوسط المحيط، إلى جانب حركية التفاعلات السطحية. ويحدد مرجع ASM المعنون *Furnace Atmosphere Controls in Heat Treating* تركيز بخار الماء وتركيز ثاني أكسيد الكربون والضغط الجزئي للأكسجين بوصفها متغيرات للفرن تُستخدم للتحكم في قابلية الكربنة ومنع فقدان الكربون. ويصف الملحق التابع لمرجع Eurotherm لعام 2020، *2704CP Handbook*، التقدير الشائع لقابلية الكربنة في الفرن انطلاقاً من قياس الأكسجين بواسطة مسبار الزركونيا، مقترناً بدرجة حرارة الفرن ومحتوى أول أكسيد الكربون، أو انطلاقاً من قياس نقطة الندى.

#### حد العملية

ينطبق المبدأ الإرشادي الخاص بنسبة الهيدروجين الأقل من 5% فقط على ظروف التلبيد بالنيتروجين/الهيدروجين المذكورة. ولا يجوز استخدامه حدًا عامًا للفرن دون التحقق من درجة الحرارة، ونقطة الندى، وتركيب الفولاذ، والهندسة، وتدفق الغاز، وزمن المكوث.

**الكربنة** هي حالة انتقال صافي للكربون في الاتجاه المعاكس: إذ يدخل الكربون إلى سطح الفولاذ ويرفع نشاطه الكربوني أو تركيز الكربون فيه. وقد يؤدي جو فرن واحد إلى كربنة نوع فولاذ وإزالة الكربون من نوع آخر إذا اختلف محتوى الكربون الابتدائي أو حالتا السطح لديهما. وحتى ضمن شحنة فرن واحدة، يمكن لتدفق الغاز الموضعي ودرجة الحرارة ونقطة الندى والسخام والتسربات والمسافات بين قطع العمل أن تؤدي إلى نتائج مختلفة. وتذكر إرشادات Linde لعام 2023، *Sintering of Steels*، أن بخار الماء في أجواء النيتروجين/الهيدروجين يسبب إزالة الكربون، وتورد إرشاداً تجريبياً مفاده أن نسبة هيدروجين تقل عن 5% حدّت من معدلات الكربنة وإزالة الكربون في ظروف التلبيد المذكورة. وهذه القيمة ليست قاعدة عامة لجميع الأفران؛ إذ يظل تركيب الغاز ودرجة الحرارة وهندسة المسحوق أو الفولاذ الصلب وزمن المكوث عوامل حاسمة.

كما يمكن أن ينضب الكربون بسبب **المعالجة من دون آلية إزالة الكربون الفرنية التقليدية**. فقد تؤدي الإزالة الميكانيكية، أو حروق الجلخ، أو التشغيل الآلي، أو التخليل، أو الفواقد أثناء الصهر، أو الانفصال، أو ذوبان الكربيدات أثناء دورة حرارية غير ملائمة إلى تغيير البنية الحاملة للكربون أو الكربون المقاس قرب السطح. وقد يعاد توزيع الكربون أثناء اللحام أو المعالجة الإضافية، كما يمكن إزالة طبقة منزوعة الكربون بالتشغيل الآلي بعد المعالجة الحرارية. ولا ينبغي تلقائياً تسمية هذه الحالات إزالةً للكربون. ويكون استخدام المصطلح أكثر تبريراً عندما يرتبط نقص الكربون القريب من السطح بانتقال الكربون أو تفاعله أو فقدانه الانتقائي أثناء العملية قيد الفحص.

في دراسة فولاذ النوابض المذكورة، أظهر سمك الفيريت المنزوع الكربون استجابة غير رتيبة لدرجة الحرارة بين 700 و1000 °C. Strong evidence

لا تتنبأ درجة الحرارة وحدها بالعمق النهائي. فقد وجدت دراسة نُشرت عام 2021 في *Journal of Materials Research and Technology*، عن [فولاذ النوابض](/ar/الفئات/فولاذ-النوابض "فولاذ النوابض") Fe-0.6C-1.8Si-0.8Mn واختُبر بين 700 و1000 °C، أن سمك الفريت منزوع الكربون ازداد حتى نحو 800–825 °C ثم انخفض. وتسرّع درجة الحرارة الأعلى انتشار الكربون، لكنها قد تغير أيضاً تكوّن الأكاسيد وتفاعلات الغاز وتركيب الأطوار ومدة التحول ذي الصلة. ولذلك يعكس الحد الأقصى المرصود تأثيرات الانتشار والأكسدة المقترنة، وليس قانوناً رتيباً يعتمد على درجة الحرارة وحدها.

### لماذا يؤثر فقدان الكربون السطحي في أداء الفولاذ

يتحكم الكربون في نسبة وشكل الفريت والبيرلايت والبينايت والمارتنسيت والكربيدات التي تتكون أثناء التبريد. ويمكن لإزالة الكربون من السطح أن تنتج طبقة أكثر ليونة في فولاذ صُمم قلبه لكي يتصلد. وفي مكوّن مُخمَّد، قد لا يبلغ السطح الصلادة المستهدفة، حتى إذا استوفى الجزء الداخلي المواصفة. وفي النابض أو الترس أو المحمل أو العمود أو أداة التثبيت، يغير هذا الاختلاف انتقال الحمل والتشوه الموضعي.

وغالباً ما تكون الخسارة الميكانيكية الأكبر عند السطح، لأن إجهاد التماس وإجهاد الانحناء والاحتكاك وبدء التشققات تتركز هناك. ويمكن لطبقة فريتية منزوعة الكربون أن تقلل مقاومة التآكل وعمر الكلال التماسي. وتحت تأثير الانحناء الدوري، قد تخضع الطبقة الأقل مقاومة للخضوع أو تطور انزلاقاً في وقت أبكر من القلب. كما يمكن لتدرج الكربون السطحي أن يغير تطور الإجهادات المتبقية أثناء التخميد، في حين توفر الأكاسيد والقشرة الخشنة شقوقاً إضافية أو مواقع لبدء التشققات. ويربط ASM هذه التأثيرات بعمر المكوّن والوقاية والتصحيح والنمذجة، بدلاً من التعامل مع إزالة الكربون بوصفها عيباً تجميلياً.

يمكن للطرق المختلفة أن تعطي أعماقًا مختلفة لنزع الكربون من المقطع العرضي نفسه.
| الطريقة | الملاحظة الأساسية | القيد الرئيسي |
|---|---|---|
| الفحص الميتالوغرافي | نسبة الأطوار، والمورفولوجيا، والانتقال المرئي | قد تكون الحدود تدريجية أو معتمدة على الإظهار بالحفر |
| صلادة الانطباع المجهري | الاستجابة الميكانيكية من السطح إلى القلب | تعتمد الصلادة أيضًا على الطور وحجم الحبيبات والإجهاد وعناصر السبيكة |
| التحليل الكيميائي | تركيز الكربون أو تدرجه | تعتمد الدقة المكانية على حجم العينة وسمك الطبقة |
| الفحص الاستطلاعي | مؤشر سريع إلى منطقة مشتبه بها | قد لا يدعم قرارات القبول الدقيقة |

يجب أن تتوافق طريقة القياس مع الادعاء. وتغطي المواصفة ASTM E1077-14(2021)، المعنونة *Standard Test Methods for Estimating the Depth of Decarburization of Steel Specimens*، إجراءات الفحص الأولي والفحص المجهري وقياس الصلادة بالتسنين الدقيق والتحليل الكيميائي. أما طريقة التحكيم فيها لحسم النزاعات فتتمثل في تحليل كمي صارم أو تحليل خطي. وبالمثل، تقدم المواصفة SAE J419\_201801، المعنونة *Methods of Measuring Decarburization*، ممارسات موصى بها للفحص المجهري وقياس الصلادة والتحليل الكيميائي للمواد الحديدية. وتحدد ISO 3887:2023 ثلاث طرائق للقياس، مما يعزز أن العمق المبلغ عنه يعتمد على الطريقة.

مسح الصلادة **مسح الصلادة** سلسلة من قياسات الصلادة تؤخذ على مسافات مضبوطة من السطح باتجاه الداخل غير المتأثر.

قد يحدد **مسح الصلادة** العمق العملي الذي استعادت عنده المادة مقاومتها، في حين قد يكشف الفحص المجهري عن اختفاء **البيرليت** أو المكونات الغنية بالكربيدات. وقد يكشف التحليل الكيميائي عن تدرج في الكربون لا تستطيع أيٌّ من الطريقتين تحديده بوضوح. ولذلك يمكن لمختبرين أن يبلغا عن «أعماق نزع الكربون» مختلفة من المقطع العرضي نفسه، من دون أن تكون أيٌّ من عمليتي القياس قد أُجريت بإهمال. ويجب أن تذكر النتيجة الطريقة، والمعيار، والاتجاه، وموضع أخذ العينة، وحالة الفولاذ. فنزع الكربون هو أولًا مشكلة فقدان للكربون في علم المعادن؛ أما لون القشور فهو مجرد مؤشر محتمل واحد.

## القوة الدافعة الديناميكية الحرارية: نشاط الكربون عند السطح

![نزع الكربنة من الفولاذ: الأسباب والقياس والتحكم](/images/uploads/e1e8e74f-8138-40ba-852f-c01f60539e01/wiki-inline-carbon-exchange-between-austenitic-steel-and-a-furnace-atmosphere-with-carbon-di-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/e1e8e74f-8138-40ba-852f-c01f60539e01/wiki-inline-carbon-exchange-between-austenitic-steel-and-a-furnace-atmosphere-with-carbon-di-1920x1094.avif "تكبير الصورة — نزع الكربنة من الفولاذ: الأسباب والقياس والتحكم")Decarburization couples carbon diffusion through the steel with surface reactions controlled by furnace carbon activity.

### تبادل الكربون بين الفولاذ وجو الفرن

تبدأ إزالة الكربون عندما يتعرض سطح الفولاذ لجوّ يكون نشاط الكربون الفعّال فيه أقل من نشاط الكربون في الفولاذ. عندئذٍ ينتقل الكربون من الداخل نحو السطح بالانتشار، بينما تحوّل التفاعلات السطحية ذلك الكربون إلى أنواع غازية تغادر المعدن. ولذلك فإن العملية ليست مجرد «أكسدة للسطح»، بل هي تبادل مقترن بين الكربون الموجود في محلول صلب أو في طور كربيدي، والغازات الحاملة للكربون.

يُعدّ التمييز بين **نشاط الكربون في الفولاذ** و**نشاط الكربون في الجو** أمراً أساسياً. فنشاط الكربون، الذي يُكتب عادةً aC، يصف الكمون الكيميائي للكربون بالنسبة إلى حالة مرجعية محددة. وفي الفولاذ، يعتمد aC على تركيز الكربون ودرجة الحرارة والبنية البلورية والعناصر السبائكية. فالأوستنيت الذي يحتوي على 0.60% وزناً من C لا يمتلك نشاط الكربون نفسه الذي تمتلكه سبيكة غير مسبوكة من الحديد والكربون عند تركيز الكربون نفسه، لأن السيليكون والمنغنيز والكروم والموليبدينوم وعناصر أخرى تغيّر معامل نشاط الكربون. كما أن الطور مهم أيضاً؛ إذ لا يمكن نقل نشاط الكربون في الأوستنيت مباشرةً إلى الفريت أو المارتنسيت من دون مراعاة اختلاف حالاتها الديناميكية الحرارية.

يمتلك جو الفرن نشاطاً كربونياً فعّالاً تحدده اتزانات بين أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والهيدروجين وبخار الماء والميثان وغازات أخرى. وهذا النشاط ليس تركيزاً للكربون بالمعنى نفسه الذي يمثله النسبة المئوية الوزنية للكربون في الفولاذ. وتُعدّ «قابلية الجو الكربونية» تعبيراً عملياً عن نشاط الكربون في الغاز؛ فهي تمثل محتوى الكربون الذي سيقترب منه الحديد أو الفولاذ المرجعي إذا تعرض للغاز مدةً كافية لتحقيق اتزان الغاز والمعدن عند درجة حرارة محددة.

عندما يكون سطح الفولاذ والجو في حالة اتزان، يتساوى الكمون الكيميائي للكربون فيهما. فإذا كان للجو جهد كربوني أقل، غادر الكربون الفولاذ. وإذا كانت قيمته أعلى، دخل الكربون إلى الفولاذ وحدثت الكربنة. أما إذا كانت القيمتان متقاربتين، فإن تغيراً صغيراً في تركيب الغاز أو درجة الحرارة أو حالة السطح يمكن أن يعكس اتجاه التبادل.

تحمل عدة تفاعلات غازية الكربون بعيداً عن الفولاذ. ويمكن للأكسجين أن يتفاعل مع كربون السطح وفق تفاعلات تمثَّل تقريباً بالمعادلتين

\\\[ \\mathrm{C + \\tfrac{1}{2}O\_2 \\rightarrow CO} \\\]

و

C+O2→CO2.

كما يُعدّ ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء مكوّنين مؤكسدين مهمين. ويمكن تمثيل تفاعلاتهما بالمعادلتين

C+CO2→2⁢CO

و

C+H2⁢O→CO+H2.

ويمكن للنواتج، ولا سيما CO وCO₂، أن تشارك بعد ذلك في تفاعلات إضافية في الطور الغازي. وحتى التركيز المنخفض من غاز مؤكسد يمكن أن يسبب إزالة قابلة للقياس للكربون إذا كان الغاز يزيل الكربون من السطح باستمرار وكان جو الفرن يُجدَّد باستمرار.

يجب تفسير متغيرات الغلاف الجوي معًا، بدل معاملتها كمؤشرات قابلة للاستبدال.
| متغير الغلاف الجوي | دوره في التحكم في جهد الكربون | القياس أو التفسير |
|---|---|---|
| تركيز بخار الماء | يمكن أن يزيد الميل إلى فقدان الكربون | غالبًا ما يُرصد بصورة غير مباشرة من خلال نقطة الندى |
| تركيز ثاني أكسيد الكربون | يمكن أن يتفاعل مع الكربون السطحي ويغير اتزان الغاز | يُفسَّر بالاقتران مع CO ودرجة الحرارة |
| الضغط الجزئي للأكسجين | يشير إلى الميل المؤكسد ويؤثر في تكوّن الأكاسيد | يُقاس عادةً باستخدام مسبار من الزركونيا |
| محتوى أول أكسيد الكربون | يؤثر في اتزان CO/CO₂ وجهد الكربون | يُجمع مع قياس الأكسجين بالمسبار ودرجة الحرارة |

#### مراحل فقدان الكربون

1. **الانتشار** ينتقل الكربون من الداخل نحو السطح المعرّض.
2. **التفاعل السطحي** تستهلك الغازات الحاوية على الأكسجين الكربون عند السطح البيني أو تنقله.
3. **إزالة الغاز** تغادر CO وCO₂ أو المنتجات الأخرى سطح المعدن.
4. **تكوّن التدرج** يتكوّن تدرج في التركيز والبنية المجهرية تحت السطح.

تُعدّ معالجة الجهد الكربوني الموضحة في *الجهد الكربوني أثناء المعالجة الحرارية للفولاذ* مفيدة لأنها تفصل القوة الدافعة الديناميكية الحرارية عن معدل التفاعل. فالتبادل الكربوني تحركه الفروق بين نشاط الكربون في الفولاذ ونشاط الكربون الذي يفرضه الجو. أما حركية التفاعل السطحي فتحدد مدى سرعة ظهور أثر ذلك الفرق. إذ يجب أن يصل الكربون أولاً إلى السطح، ثم يتفاعل هناك، وبعد ذلك يدخل الطور الغازي. ويمكن لبطء أي خطوة من هذه الخطوات أن يقلل معدل إزالة الكربون المرصود من دون أن يلغي القوة الدافعة الكامنة وراء العملية.

### نشاط الكربون، وقابلية الأكسدة، وحركية التفاعل السطحي

يمثل الضغط الجزئي للأكسجين مقياساً مباشراً للنزعة المؤكسدة للجو، لكنه لا يحدد الجهد الكربوني بصورة مستقلة. فقد يتعايش ضغط جزئي منخفض جداً للأكسجين مع مزيج غازي لا يزال يزيل الكربون بسرعة، ولا سيما عند وجود بخار الماء أو ثاني أكسيد الكربون، وعندما تكون حركية التفاعل المعني ملائمة عند درجة حرارة المعالجة.

تحدد إرشادات ASM لعام 2013، *التحكم في أجواء الأفران أثناء المعالجة الحرارية*، تركيز بخار الماء وتركيز ثاني أكسيد الكربون والضغط الجزئي للأكسجين بوصفها متغيرات للفرن تُستخدم للتحكم في الجهد الكربوني ومنع إزالة الكربون. وترتبط هذه المتغيرات بعضها ببعض، لكنها ليست قابلة للاستبدال فيما بينها. فنقطة الندى مقياس غير مباشر لبخار الماء، بينما يستجيب مسبار الزركونيا أساساً لقابلية الأكسدة. ولا يوفر أي من القياسين، بمفرده، جميع الكميات اللازمة لحساب نشاط الكربون الذي يفرضه الجو عند سطح الفولاذ.

فعلى سبيل المثال، يعتمد اتزان التفاعل

\\\[ \\mathrm{CO\_2 + C \\rightleftharpoons 2CO} \\\]

على نسبة أول أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون وعلى درجة الحرارة. أما اتزان التفاعل

\\\[ \\mathrm{H\_2O + C \\rightleftharpoons CO + H\_2} \\\]

فيعتمد على بخار الماء والهيدروجين وأول أكسيد الكربون ودرجة الحرارة. وتؤدي زيادة pCO2 أو pH2O، مع تثبيت الظروف الأخرى، عموماً إلى زيادة الميل نحو إزالة الكربون. أما زيادة نسبة CO إلى CO₂ فتخفض عادةً النزعة المؤكسدة ويمكن أن ترفع الجهد الكربوني الفعّال. ويغير الهيدروجين تفسير بخار الماء، لأن الكمية ذات الصلة غالباً ما تكون النسبة pH2O/pH2، لا تركيز بخار الماء وحده.

قد لا يبلغ سطح الفولاذ نشاط الكربون المتزن مع الغاز فوراً. فالأغشية الأكسيدية والقشور وأكاسيد العناصر السبائكية وخشونة السطح وسرعة الغاز وسماكة الطبقة الحدّية، كلها تؤثر في انتقال الأنواع المتفاعلة. ويمكن لأكسيد متماسك أن يقيّد انتقال الكربون مؤقتاً، في حين يمكن للقشور المتشققة أو المسامية أن تكشف معدناً جديداً وأن تنشئ مواقع تفاعل محلية. وقد يصبح انتشار الكربون عبر الأوستنيت هو المقاومة المسيطرة بعد ذلك، ولا سيما مع ازدياد سماكة الطبقة المستنزفة. ويصف فصل ASM، *إزالة الكربون من الفولاذ—الآليات والنماذج والوقاية والتصحيح والتأثيرات في عمر المكوّن*، هذا التغير في التركيز المتحرك إلى الداخل بأنه انتشار للكربون عبر الحديد الأوستنيتي نحو سطح متفاعل.

وهذا يفسر سبب إمكان أن يُظهر الفرن قراءة متوسطة مُرضية للمسبار، بينما تستمر الأجزاء في تطوير إزالة كربون موضعية. فقد يختلف تركيب الغاز باختلاف موضع الفرن وهندسة الحمولة والتسربات ونواتج الاحتراق ودوران الغاز. ويقيس المسبار بيئته المحلية الخاصة؛ ولا يقيس تلقائياً الجو عند كل سطح من أسطح الفولاذ.

وبالتالي، فإن وصفة اسمية مثل النيتروجين والهيدروجين وأول أكسيد الكربون بنسب محددة لا تُعدّ دليلاً على التحكم في الجهد الكربوني. إذ يجب معرفة الرطوبة الفعلية وثاني أكسيد الكربون ودخول الأكسجين وتفكك الغازات ومعدل التدفق وضغط الفرن ومعايرة المسبار، أو التحكم فيها. وتذكر إرشادات Linde لعام 2023 الخاصة بالتلبيد أن بخار الماء في أجواء النيتروجين والهيدروجين يسبب إزالة الكربون، كما تقدم إرشاداً تجريبياً مفاده أن إبقاء الهيدروجين دون 5% يحد من معدلات الكربنة وإزالة الكربون في ظروف التلبيد المشار إليها. وليست هذه القيمة قاعدة عامة لجميع الأفران؛ إذ تعتمد دلالتها على نظام الغاز ودرجة الحرارة والفولاذ وزمن المكوث ومستوى بخار الماء المحددة.

كما يتغير نشاط الكربون بتغير تركيب الفولاذ. فالسيليكون في فولاذ النوابض Fe-0.6C-1.8Si-0.8Mn، الذي دُرس بين 700 و1000 °C، يؤثر في ديناميكا الكربون الحرارية وسلوك الأكسدة، بينما يؤثر المنغنيز والتوازن المتغير بين الفريت والأوستنيت في الانتشار واستقرار الطور. ولا يمكن التنبؤ باستجابة السطح من النسبة المئوية للكربون وحدها.

### لماذا لا يمكن تفسير تركيب الجو بصورة مستقلة عن درجة الحرارة

تدخل درجة الحرارة في كل جزء من أجزاء هذا الاتزان. فهي تغير ثوابت اتزان التفاعلات الغازية، ونشاط الكربون في الأوستنيت، واستقرار الأكاسيد، ومعدل التفاعلات السطحية، ومعامل انتشار الكربون. ولذلك يمكن لنسبة CO/CO₂ نفسها أن تفرض جهوداً كربونية مختلفة عند درجات حرارة مختلفة للفرن. وقد يكون مزيج غازي واقياً عند درجة حرارة معينة، لكنه مزيلاً للكربون عند درجة حرارة أخرى.

كما تغير درجة الحرارة العملية التي تتحكم في العمق المقاس. فعند درجات الحرارة الأعلى، يصبح انتشار الكربون عبر الأوستنيت أسرع، لكن تفاعلات الأكسدة وانتقال الغاز قد يتغيران في الوقت نفسه. ولذلك لا يلزم أن تزداد سماكة إزالة الكربون بصورة رتيبة مع ارتفاع درجة الحرارة. ففي دراسة أجريت عام 2021 على فولاذ النوابض Fe-0.6C-1.8Si-0.8Mn عولج بين 700 و1000 °C، ازدادت سماكة الفريت منزوع الكربون حتى نحو 800–825 °C، ثم انخفضت. وتقدم هذه القيمة العظمى دليلاً قوياً على عدم جواز التعامل مع درجة الحرارة كقاعدة أحادية المتغير. فقد كانت تحولات الطور وتكوّن القشور وتوافر الأكسجين وحركية التفاعل عمليات مترابطة.

يصف الملحق الخاص بدليل *2704CP* الصادر عن Eurotherm عام 2020 التقدير الشائع لجهد الكربون في الفرن من قياسات الأكسجين بواسطة مسبار الزركونيا، مقترنة بدرجة حرارة الفرن ومحتوى أول أكسيد الكربون، أو من قياس نقطة الندى. ويُعدّ حد درجة الحرارة أساسياً في كلتا الطريقتين. فقد تعطي إشارة المسبار، من دون درجة الحرارة الصحيحة وتحليل الغاز والمعايرة، قيمةً للجهد الكربوني تبدو معقولة لكنها غير صحيحة.

كما يحذر كتاب Cambridge، *التحكم في الجو لحماية المعادن أثناء عمليات الإنتاج*، من أن التعرض المباشر لأجواء الاحتراق ذات الأكسجين الزائد يمكن أن يسبب الأكسدة وتكوّن القشور وإزالة الكربون. وليس هدف التحكم العملي هو تسمية الغاز، مثل «متعادل» أو «مختزل»، بل تحقيق اتزان سطحي مقاس ومحدد بدرجة الحرارة، يحافظ على ألا يتجاوز نشاط الكربون في الفولاذ نشاط الكربون الفعّال في الجو مدةً تكفي لتكوين منطقة مستنزفة غير مقبولة.

## الانتشار والتفاعل وتكوّن طبقة منزوعة الكربنة

ينتج نزع الكربنة عن تدفق كربون متحرك، وليس عن الأكسدة وحدها. أثناء التسخين ضمن نطاق الأوستنيت، يهاجر الكربون المذاب في الحديد نحو سطح تزيله عنده الأجواء المحيطة بسرعة أكبر من قدرة الفولاذ على تعويضه. ويصف فصل ASM Handbook المعنون *Steel Decarburization—Mechanisms, Models, Prevention, Correction, and Effects on Component Life* هذه العملية بأنها تفاعل بين انتشار الكربون خلال الحديد الأوستنيتي وتفاعلات السطح وكيمياء جو الفرن.

وبذلك يصبح سطح الفولاذ مصرفًا للكربون. فإذا كان للجو نشاط كربوني أقل من الفولاذ، يتدفق الكربون إلى الخارج. وقد تشمل النتيجة فقدان الكربون المذاب، أو ذوبان الأطوار الغنية بالكربون، أو تكوّن الفيريت على السطح، أو مزيجًا من هذه التأثيرات. ويصف NIST المنطقة المتأثرة بأنها منطقة نزع كربنة قريبة من السطح أُزيل منها الكربون والأطوار الغنية بالكربون، وذلك عادةً بعد تفاعل الكربون السطحي مع الأكسجين لتكوين أول أكسيد الكربون الغازي (CO) أو ثاني أكسيد الكربون (CO₂).

ويوضح هذا الوصف أيضًا سبب عدم كون عمق نزع الكربنة المقاس ثابتًا من ثوابت المادة. فهو يعتمد على درجة الحرارة، والزمن، وهندسة المقطع، وحالة الطور، وكيمياء السبيكة، وتركيب الجو، والطريقة المستخدمة لتحديد الحد الفاصل.

### انتشار الكربون خلال الأوستنيت

فوق درجة التحول ذات الصلة، يشغل الكربون مواقع بينية في الأوستنيت، وهو الطور مكعّب متمركز الوجوه من الحديد. ولا يكون تركيزه متجانسًا عندما يفقد السطح الكربون. إذ يتكوّن تدرج في التركيز: يكون تركيز الكربون أدنى ما يكون قرب السطح المعرّض، ثم يقترب من تركيب الكتلة كلما اتجهنا إلى عمق أكبر في المقطع. ويوفر هذا التدرج القوة الدافعة للانتشار.

قانون فيك الأول **قانون فيك الأول** علاقة انتشار تنص على أن الفيض يتناسب مع سالب تدرج التركيز، بينما يحدد معامل الانتشار مقياس الانتقال.

يستخدم الوصف المبسط قانون فيك الأول:

JC=−DC⁢∂⁢CC∂⁢x

حيث إن JC هو تدفق الكربون، وDC هو معامل انتشار الكربون في الأوستنيت، وCC هو تركيز الكربون، وx هي المسافة من السطح. وتشير الإشارة السالبة إلى الحركة في اتجاه انخفاض تدرج التركيز. ويرتفع معامل الانتشار بشدة مع درجة الحرارة، وغالبًا ما يُمثَّل بعلاقة أرينيوس:

DC=D0⁢exp⁢(−QRT)

حيث إن D0 هو عامل التردد، وQ هي طاقة التنشيط، وR هو ثابت الغاز، وT هي درجة الحرارة المطلقة.

ويتناسب طول الانتشار التقريبي مع DCt، حيث إن t هو زمن التعرض. غير أن ذلك لا يتنبأ بعمق نزع الكربنة المقاس بمفرده، لأن تركيز السطح لا يساوي تلقائيًا الصفر، ولأن التفاعل عند السطح قد يكون بطيئًا. لكنه يوضح سبب سماح التعرض الأطول للفرن عادةً بامتداد استنفاد الكربون إلى مسافة أكبر نحو الداخل، في حين يمكن لارتفاع درجة الحرارة أن يزيد العمق المتأثر من خلال تسريع النقل.

#### العوامل التي تغيّر انتقال الكربون

الأوستنيت

ينتشر الكربون بسرعة عبر المواقع البينية في الطور المكعب متمركز الوجوه.

الفيريت

تنتج مسارات بينية مختلفة مشكلةَ انتشار مختلفة.

حجم المقطع

يمكن للمنتجات الرقيقة أن تطوّر مناطق استنزاف متداخلة من السطحين المتقابلين.

الحواف والزوايا

يمكن أن تزيد مساحة السطح المعرّضة الأكبر والانتشار متعدد الاتجاهات من عدم التجانس.

تغير حالة الطور مسألة النقل. إذ ينتشر الكربون في الأوستنيت بسرعة أكبر بكثير من انتشاره في الفيريت، بسبب اختلاف المواقع البينية ومسارات الانتشار. ولذلك يمكن أن تنتج المعالجة الحرارية التي تعبر تحول الأوستنيت إلى الفيريت بروفيلًا يعكس حركة الكربون خلال طور، والتحول خلال طور آخر. وقد يتكوّن الفيريت السطحي لأن تركيز الكربون المحلي ينخفض إلى ما دون المستوى اللازم لتثبيت الأوستنيت عند درجة حرارة المعالجة. ومن ثم فهذه الطبقة الفيريتية ليست مجرد ناتج لتفاعل أكسدي؛ بل هي أيضًا تحول طوري سببه فقدان الكربون.

ويؤثر حجم المقطع لأن المنتج الرقيق قد يقترب من حالة الاستنفاد من كلا الجانبين. ففي قضيب سميك، قد تبقى المنطقة المركزية قريبة من تركيز الكربون الأصلي، بينما تتطور منطقتا السطح بصورة مستقلة. أما في صفيحة رقيقة، فقد تتداخل مجالات الانتشار، مما يقلل من وجود لب مكربن بالكامل أو يزيله. وتضيف الحواف والزوايا تعقيدًا آخر؛ إذ يمكن لمساحة سطحها الأكبر لكل وحدة حجم، ولمسارات الانتشار ثنائية الأبعاد فيها، أن تنتج استنفادًا أعمق أو أقل تجانسًا من ذلك الناتج على وجه مستوٍ واسع.

### التفاعلات السطحية التي تزيل الكربون

يوصل الانتشار الكربون إلى السطح، لكن لا بد من حدوث تفاعل سطحي يستهلكه أو ينقله قبل أن يستمر نزع الكربنة. وقد يتضمن التفاعل الأكسجين، أو بخار الماء، أو ثاني أكسيد الكربون، أو مكونات أخرى للجو. وتشمل التفاعلات التمثيلية ما يلي:

Csteel+12⁢O2→CO

Csteel+O2→CO2

Csteel+H2⁢O→CO+H2

Csteel+CO2→2⁢CO

وقد تحدث التفاعلات الغازية الفعلية عبر أغشية الأكسيد والأنواع السطحية الممتزة، ولذلك ينبغي اعتبار هذه المعادلات تفاعلات كلية لا تسلسلًا كاملًا للخطوات الأولية. وقد ينتج الأكسجين أولًا قشرة من أكاسيد الحديد، بينما يتفاعل الكربون الموجود عند القشرة أو تحتها مع البيئة المؤكسدة. ويربط كتاب Cambridge المعنون *Atmosphere control for the protection of metals during production processes* بين أجواء الاحتراق ذات الأكسجين الزائد وبين الأكسدة وتكوّن القشور ونزع الكربنة.

يوفر نشاط الكربون وصفًا ترموديناميكيًا أكثر فائدة من تركيز الأكسجين وحده. فجهد الكربون في جو الفرن هو نشاط الكربون الذي يفرضه الجو على الفولاذ تحت شروط محددة. وعندما يكون نشاط الكربون في الفولاذ أعلى منه في الجو، يصبح نزع الكربنة مفضلًا. أما عندما يكون للجو جهد كربوني أعلى، فيمكن للكربون أن يدخل إلى الفولاذ وقد تحدث الكربنة. وتؤكد المراجع المتعلقة بجهد الكربون أن هذا التبادل تحكمه كلٌّ من فروق النشاط وحركية التفاعل السطحي.

ويحدد كتاب ASM المعنون *Furnace Atmosphere Controls in Heat Treating* تركيز بخار الماء، وتركيز ثاني أكسيد الكربون، والضغط الجزئي للأكسجين بوصفها متغيرات مهمة للتحكم في جهد الكربون داخل الفرن. ويصف ملحق *2704CP Handbook* لعام 2020 الصادر عن Eurotherm التقدير الشائع لجهد الكربون انطلاقًا من قياس الأكسجين بواسطة مسبار الزركونيا، مقترنًا بدرجة حرارة الفرن ومحتوى أول أكسيد الكربون، أو انطلاقًا من قياس نقطة الندى. وتصف هذه القياسات ظروف الفرن، لكنها لا تقيس مباشرةً بروفيل الكربون داخل كل مكوّن.

لا ينبغي تعميم المبدأ الإرشادي الخاص بنسبة الهيدروجين الأقل من 5% خارج ظروف التلبيد المذكورة. Limited evidence

ويستحق بخار الماء عناية خاصة. إذ تنص إرشادات Linde لعام 2023 بعنوان *Sintering of steels* على أن بخار الماء في أجواء النيتروجين/الهيدروجين يسبب نزع الكربنة، وتستشهد بإرشاد تجريبي مفاده أن نسبة هيدروجين أقل من 5% حدّت من معدلات الكربنة ونزع الكربنة في ظروف التلبيد المذكورة. وهذه القيمة ليست حدًا عامًا صالحًا لجميع الأفران. فمعدل تدفق الغاز، ودرجة الحرارة، وتركيب الفولاذ، ونقطة الندى، وحالة السطح، وهندسة المعدات، كلها تحدد ما إذا كان جو معين مؤكسدًا أو متعادلًا أو مكربنًا أو مزيلًا للكربنة.

### الاقتران بين معدل التفاعل ومعدل الانتشار

يشكل السطح والداخل نظامًا واحدًا مقترنًا. فإذا كان التفاعل السطحي سريعًا جدًا، فقد ينخفض تركيز الكربون القريب من السطح بشدة، مولدًا تدرجًا حادًا وتدفقًا محكومًا بالانتشار. أما إذا كان نقل الكربون خلال الأوستنيت سريعًا لكن التفاعل السطحي بطيئًا، فيتراكم الكربون قرب السطح ويصبح الفقد الكلي محكومًا بالتفاعل. وبين هذين الحدين، تؤثر المقاومتان كلتاهما.

ومن الشروط الحدية المفاهيمية المفيدة:

−DC∂⁢CC∂⁢x|s=ks⁢(CC,s−CC,eq)

حيث إن ks هو معامل التفاعل السطحي، وCC,s هو تركيز الكربون السطحي، وCC,eq يمثل التركيز المتزن مع الجو. وتُبقي قيمة ks المنخفضة السطحَ غنيًا نسبيًا بالكربون؛ بينما تدفع القيمة المرتفعة تركيز السطح نحو قيمة الاتزان مع الجو. ويمكن لسرعة غاز الفرن، وتغطية الأكسيد، وتشقق القشرة، وتركيب الغاز، أن تغير جميعها معامل السطح الفعال.

وينتج عن هذا الاقتران تدرج، وليس حدًا كيميائيًا مفاجئًا، في كثير من العينات. إذ يتغير تركيز الكربون بصورة مستمرة أو شبه مستمرة مع العمق، وتتغير البنية المجهرية المرتبطة به عبر منطقة تتباين فيها نسبة الفيريت، ومحتوى الكربيدات، والصلادة، واستجابة الحفر. وقد يظهر حد يبدو حادًا عندما تطبق طريقة الاختبار عتبة معينة، لكن هذه العتبة اصطلاح قياس وليست بالضرورة انقطاعًا فيزيائيًا.

ولا تفرض درجة الحرارة قاعدة رتيبة بسيطة أيضًا. فقد وجدت دراسة أجريت عام 2021 على فولاذ زنبركي Fe-0.6C-1.8Si-0.8Mn عولج عند درجات تراوحت بين 700 و1000 °C أن سمك الفيريت منزوع الكربنة ازداد حتى نحو 800–825 °C ثم انخفض. وتعكس النتيجة تأثيرات متنافسة: إذ يتسارع الانتشار مع ارتفاع درجة الحرارة، بينما يؤثر استقرار الطور، وسلوك الأكسدة، ومعدلات التفاعل السطحي، والزمن المتاح في طور معين، في البروفيل. \[1\] \[1\] [**Steels — Determination of the depth of decarburization**](https://www.iso.org/standard/86689.html). International Organization for Standardization. ISO standard, 2023.

وقد يغير القياس العمق المبلغ عنه. إذ تحدد ISO 3887:2023 ثلاث طرق لتعيين عمق نزع الكربنة في منتجات الفولاذ. ويغطي ASTM E1077-14(2021) إجراءات الفحص، والفحص المجهري، وقياس الصلادة بالانطباع الدقيق، والتحليل الكيميائي؛ وعندما تكون النتائج موضع نزاع، فإنه يحدد التحليل الكمي الدقيق أو التحليل الخطي بوصفه النهج المرجعي للفصل. كما يقدم SAE J419\_201801 ممارسات موصى بها للفحص المجهري، والصلادة، والتحليل الكيميائي. وقد يحدد معيار الصلادة منطقة متأثرة أوسع من تلك التي يكشفها الفحص الميتالوجرافي، في حين يمكن للتحليل الكيميائي أن يكشف فقدان الكربون الذي لا ينتج تغيرًا مرئيًا يُذكر. ولذلك فإن الطبقة المبلغ عنها هي محصلة التعرض في الفرن والتعريف المختار للموضع الذي ينتهي عنده نزع الكربنة.

## درجة الحرارة والزمن والاستجابة غير الرتيبة لإزالة الكربنة

تؤثر درجة الحرارة في إزالة الكربنة من خلال عدة متغيرات مترابطة، وليس من خلال الانتشار وحده. فرفع درجة حرارة قطعة الشغل يزيد عموماً من حركة الكربون، لكنه يغير أيضاً تركيب أطوار الفولاذ، ومعدل تفاعلات الغاز–المعدن، ونمو قشرة الأكسيد أو إزالتها، وجهد الكربون عند السطح. ولذلك فإن الطبقة المقاسة تعكس مسألة ذات حد متحرك: إذ يغادر الكربون الفولاذ، ويستهلك الغلاف الجوي أنواعاً حاوية للكربون أو يمده بها، وقد تتغير البنية المجهرية المستخدمة لتحديد الحد خلال الدورة الحرارية نفسها.

وتكتسب هذه التفرقة أهمية لأن «عمق إزالة الكربنة» هو نتيجة قياس، وليس كمية فيزيائية واحدة مستقلة عن الطريقة. يحدد المعيار ISO 3887:2023، *الفولاذ — تحديد عمق إزالة الكربنة*، ثلاث طرق لتحديد العمق في منتجات الفولاذ. ويشمل ASTM E1077-14(2021)، *طرق الاختبار القياسية لتقدير عمق إزالة الكربنة في عينات الفولاذ*، إجراءات الفحص الأولي، والفحص المجهري، وصلادة الانطباع المجهري، والتحليل الكيميائي؛ كما يحدد التحليل الكمي الصارم أو التحليل الخطي بوصفه النهج المرجعي عند نشوب خلاف حول النتائج. ويوفر SAE J419\_201801، *طرق قياس إزالة الكربنة*، ممارسات للفحص المجهري، وقياس الصلادة، والتحليل الكيميائي. وبناءً على ذلك، فإن منحنى درجة الحرارة المستخلص من سماكة الفريت ليس قابلاً للتبادل مع منحنى مستخلص من استعادة الصلادة أو من توزع تركيز الكربون.

### تأثيرات التسخين والنقع الحراري

أثناء التسخين، قد يبدأ السطح في فقدان الكربون قبل أن تصل القطعة إلى درجة حرارة النقع الاسمية. والقوة الدافعة ذات الصلة هي الفرق بين نشاط الكربون في الفولاذ وجهد الكربون الفعال لغلاف الفرن الجوي. فالغلاف الجوي منخفض جهد الكربون يستخلص الكربون عبر تفاعلات سطحية تتضمن أنواعاً حاوية للأكسجين، ثم ينتشر الكربون من الداخل نحو السطح. ويصف فصل ASM المعنون *إزالة الكربنة في الفولاذ — الآليات والنماذج والوقاية والتصحيح والتأثيرات في عمر المكوّن* هذه العملية المترابطة بأنها انتشار للكربون عبر الحديد الأوستنيتي باتجاه السطح، يعقبه تكوّن أول أكسيد الكربون أو ثاني أكسيد الكربون الغازي نتيجة التفاعلات.

يشير أبسط تقدير للانتشار إلى أن العمق المتأثر يتناسب تقريباً مع الجذر التربيعي للزمن، x∼Dt، حيث يمثل D معامل انتشار الكربون. وبما أن D يزداد بشدة مع درجة الحرارة، فإن ارتفاع درجة الحرارة وإطالة زمن النقع يمكن أن يزيدا معاً المسافة التي تتغير عبرها تراكيز الكربون. وهذه العلاقة مفيدة، لكنها غير مكتملة؛ إذ تفترض وجود طور مستقر، وحالة سطح ثابتة، وتركيز حدّي لا يتغير. غير أن تسخين الفرن ينتهك الافتراضات الثلاثة.

يغير تكوّن الأوستنيت قابلية ذوبان الكربون ونقله. فعند درجات الحرارة الأدنى من مجال التحول ذي الصلة، يتحرك الكربون عبر الفريت، بينما ينتقل عند درجات الحرارة الأعلى عبر الأوستنيت، وقد يتكون على السطح فريت أو برليت أو نواتج أخرى منخفضة الكربون أثناء التبريد. وتعتمد درجة الحرارة التي تحدث عندها هذه التحولات على التركيب والتاريخ الحراري. ويغير السيليكون والمنغنيز سلوك التحول، كما يعدلان استقرار البنية المجهرية القريبة من السطح ومظهرها. ولذلك فإن الطبقة التي تظهر بعد التبريد على شكل فريت منزوع الكربون تمثل السجل النهائي لكل من توزع الكربون عند درجة الحرارة المرتفعة ومسار التحول.

كما يغير زمن النقع فرصة الغلاف الجوي للتفاعل مع السطح. فقد يؤدي التعرض القصير إلى تكوين طبقة مستنفدة الكربون من دون تكوّن قدر كبير من القشرة الأكسيدية. أما التعرض الأطول فقد يعمق تدرج الكربون، ويزيد سماكة الأكسيد، ويسبب تشقق القشرة أو تساقطها، ويعرض معدناً جديداً للغاز. وقد تبطئ القشرة مؤقتاً وصول الغاز، لكنها قد تنشئ أيضاً مسارات تفاعل موضعية عندما تصبح مسامية أو تنفصل عن السطح. ولذلك ليس مؤكداً أن يظل تأثير الزمن متناسباً مع t. \[2\] \[2\] [**Furnace Atmosphere Controls in Heat Treating**](https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/8/chapter-abstract/106617/Furnace-Atmosphere-Controls-in-Heat-Treating). ASM International. ASM Handbook, 2013.

يجب إدراج التحكم في الغلاف الجوي ضمن أي مقارنة لدرجات الحرارة. وتحدد إرشادات ASM لعام 2013 تركيز بخار الماء، وتركيز ثاني أكسيد الكربون، والضغط الجزئي للأكسجين بوصفها متغيرات في الفرن تُستخدم للتحكم في جهد الكربون ومنع إزالة الكربنة. ويصف ملحق *دليل 2704CP* الصادر عن Eurotherm في عام 2020 الاستدلال الشائع على جهد الكربون من قياسات الأكسجين بواسطة مسبار الزركونيا، مقترنة بدرجة حرارة الفرن ومحتوى أول أكسيد الكربون، أو من قياس نقطة الندى. وتكتسب هذه القراءات أهميتها لأن اختبارين عند درجة حرارة الفولاذ نفسها قد يفرضان نشاطين سطحيين مختلفين للكربون. وتفيد إرشادات Linde لعام 2023 بشأن التلبيد بأن بخار الماء في أجواء النيتروجين/الهيدروجين يسبب إزالة الكربنة، وتقدم إرشاداً تجريبياً مفاده أن إبقاء الهيدروجين دون 5% يحد من معدلات الكربنة وإزالة الكربنة في ظروف التلبيد المذكورة. وينطبق هذا الإرشاد على ظروف التلبيد المحددة، وليس قاعدة عامة للأفران.

![نزع الكربنة من الفولاذ: الأسباب والقياس والتحكم](/images/uploads/9b652d82-661e-4513-be50-52eaa6e4a35a/wiki-inline-a-controlled-laboratory-comparison-of-fe-0-6c-1-8si-0-8mn-spring-steel-specimens-1920x1288.jpg)[](/images/uploads/9b652d82-661e-4513-be50-52eaa6e4a35a/wiki-inline-a-controlled-laboratory-comparison-of-fe-0-6c-1-8si-0-8mn-spring-steel-specimens-1920x1288.avif "تكبير الصورة — نزع الكربنة من الفولاذ: الأسباب والقياس والتحكم")In one spring-steel study, measured decarburized ferrite thickness peaked near 800–825 °C rather than rising steadily.

### مثال فولاذ الزنبرك عند 700–1000 °C

يأتي مثال مضاد مفيد بصفة خاصة للتفسير القائم على درجة الحرارة وحدها من دراسة نُشرت عام 2021 في *مجلة أبحاث المواد والتكنولوجيا* حول فولاذ زنبركي من النوع Fe-0.6C-1.8Si-0.8Mn. واختُبرت المادة بين 700 و1000 °C. ازدادت سماكة الفريت منزوع الكربون مع ارتفاع درجة الحرارة عبر الجزء الأدنى من المجال المختبر، وبلغت قيمة عظمى عند نحو 800–825 °C، ثم انخفضت عند درجات الحرارة الأعلى ضمن تلك التجربة.

والنتيجة غير رتيبة. ولا يعني ذلك أن الانتشار أصبح أبطأ فوق 825 °C؛ فعموماً يصبح انتشار الكربون أسرع مع ارتفاع درجة الحرارة. بل إن عدة تأثيرات متنافسة تغيرت في الوقت نفسه. ففي الجزء الأدنى من درجات الحرارة المختبرة، سرّع ارتفاع درجة الحرارة انتقال الكربون والتفاعلات السطحية، مع توفير تعرض كافٍ لنشوء منطقة فريتية أوسع منزوعة الكربون. وعندما اقتربت درجة الحرارة من نحو 800–825 °C وتجاوزته، تغير استقرار الأطوار وسلوك التحول. ولم تعد كمية الفريت الظاهرة بعد التبريد تمثل امتداداً بسيطاً للطبقة المتكونة عند درجات الحرارة الأدنى.

كما أصبح تأكسد السطح أكثر تأثيراً. فعند درجات الحرارة الأعلى، يمكن للغازات الفرنية الحاوية للأكسجين أن تتفاعل بسرعة أكبر مع الحديد والكربون. ويشير مرجع Cambridge، *التحكم في الغلاف الجوي لحماية المعادن أثناء عمليات الإنتاج*، إلى أن التعرض المباشر لأجواء الاحتراق ذات الأكسجين الزائد قد يؤدي إلى الأكسدة وتكوّن القشور وإزالة الكربنة. ويمكن لقشرة سميكة أو متغيرة أن تبدل إمداد المعدن بالغاز التفاعلي، كما يمكن لتكوّن القشرة أن يستهلك حديد السطح ويغير الموضع الذي يُسجل فيه فقدان الكربون. ولذلك قد تؤدي الأكسدة الأسرع إلى زيادة الشدة الكيميائية للغلاف الجوي، مع تقليل المنطقة الفريتية المختارة للقياس أو إعادة توزيعها أو حجبها.

وينبغي تفسير القيمة العظمى المبلغ عنها في الدراسة باعتبارها نتيجة لتركيب Fe-0.6C-1.8Si-0.8Mn، وجدول درجات الحرارة بين 700 و1000 °C، ومدة التعرض، والغلاف الجوي للفرن، وهندسة العينة، ومسار التبريد، والتعريف المختار للفريت منزوع الكربون. وليست قانوناً عاماً يفيد بأن أنواع فولاذ الزنبرك تبلغ أقصى إزالة للكربنة عند 800–825 °C. فقد يؤدي نوع فولاذ آخر أو غلاف جوي آخر أو زمن نقع مختلف إلى إزاحة القيمة العظمى أو إخراجها تماماً من المجال المختبر.

### لماذا لا تعني درجة الحرارة الأعلى دائماً طبقة مقاسة أكثر سماكة

غالباً ما تُختزل ثلاثة أسئلة مستقلة في سؤال واحد: ما مقدار الكربون الذي غادر الفولاذ، وإلى أي مسافة امتد اضطراب التركيز، وما مقدار المادة منزوعة الكربون الذي أبلغت عنه طريقة الاختبار. وقد تزيد درجة الحرارة الأعلى السؤالين الأول والثاني، بينما تقلل السؤال الثالث.

قد يصبح التفاعل السطحي سريعاً إلى حد تتحكم معه الأكسدة أو نمو القشرة أو قيود تدفق الغاز في الشرط الحدّي. فإذا غطت السطح قشرة مدمجة، فقد يتقيد استنفاد الكربون بعد فترة أولية. وإذا أصبحت القشرة مسامية أو تقشرت، فقد يتسارع التفاعل من جديد. ويؤثر كل من بخار الماء، وثاني أكسيد الكربون، والضغط الجزئي للأكسجين، وأول أكسيد الكربون، والهيدروجين في التوازن بين الأكسدة وإزالة الكربون وتبادل الكربون. ولذلك فإن جهد الكربون متغير للتحكم في الفرن، وليس خاصية ثابتة لدرجة الحرارة.

ويوفر تغير الطور سبباً آخر لانخفاض السماكة المقاسة. فقد تتحول منطقة أوستنيت مستنفدة الكربون أثناء التبريد إلى فريت ونواتج أخرى يعتمد مظهرها على معدل التبريد والتركيب الموضعي. وعند درجة حرارة معالجة أعلى، قد تكون البنية المورفولوجية الفريتية النهائية أرق أو متقطعة، أو قد تحل محلها قرب السطح القشرة الأكسيدية والنواتج المتحولة، حتى عندما يكون انتقال الكربون سريعاً. وعندئذ قد يبلغ معيار الفريت المجهري عن عمق أصغر مما يظهره التوزع الكيميائي.

وقد تعكس طريقة القياس الترتيب الظاهري لمعالجتين. فقد يحدد علم المعادن الحد اعتماداً على مورفولوجية الفريت؛ وقد تحدد صلادة الانطباع المجهري انتقالاً في الصلادة عند موضع مختلف؛ بينما قد يكشف التحليل الكيميائي عن تدرج أوسع من دون واجهة حادة. ويقر ASTM E1077-14(2021) بهذه الفروق من خلال تغطيته أنواع الإجراءات الأربعة جميعها، وقصر التحليل الكمي أو الخطي على الاستخدام المرجعي عند وجود خلافات. ولذلك يجب أن تثبت المقارنات اتجاه العينة، وتجهيز المقطع، والحفر، والتكبير، وتباعد قياسات الصلادة، وعمق أخذ العينات، ومعيار الإبلاغ.

والخلاصة العملية مباشرة: ينبغي التعامل مع درجة الحرارة بوصفها أحد الإحداثيات في تجربة حرارية وكيميائية ومجهرية مترابطة. وتتطلب المقارنة الصحيحة تسجيل معدل التسخين، ومدة النقع، وتركيب الغلاف الجوي أو جهد الكربون، وحالة القشرة، ومسار التبريد، وتصنيف الفولاذ، وطريقة القياس. وتوضح نتيجة Fe-0.6C-1.8Si-0.8Mn بين 700 و1000 °C سبب إمكان أن تزيد زيادة درجة الحرارة سماكة طبقة الفريت منزوع الكربون المبلغ عنها أولاً ثم تقللها. وهي دليل على عدم صلاحية قاعدة رتيبة لدرجة الحرارة، وليست دليلاً على أن درجة الحرارة غير مهمة.

## أجواء الفرن والأسباب الرئيسية للعملية

لا يحدث نزع الكربنة بسبب «الأكسدة» بالمعنى الفضفاض المتمثل في دخول أي كمية من الأكسجين إلى الفرن. بل يحدث عندما يفقد سطح الفولاذ الكربون بمعدل أسرع من معدل إمداده به من الداخل. ويتضمن الاتزان المتحكم في هذه العملية نشاط الكربون في الفولاذ، ونشاط الكربون في الغاز، وحركية التفاعل السطحي، والانتشار عبر الأوستنيت أو الفريت، ودرجة الحرارة، وإمداد الأنواع المؤكسِدة. لذلك، قد يُنتج فرنٌ ما قشورًا أكسيدية من دون أن يُنتج عمق نزع الكربنة نفسه الذي يُنتجه فرن آخر، كما يمكن لتغير طفيف في كيمياء الغاز أن يغير النتيجة حتى عند ثبات درجة الحرارة المحددة وزمن التثبيت.

يصف فصل ASM Handbook المعنون *Steel Decarburization—Mechanisms, Models, Prevention, Correction, and Effects on Component Life* انتشار الكربون عبر الحديد الأوستنيتي باتجاه السطح، في حين تستهلك التفاعلات السطحية الكربون. وتعرّف NIST منطقة نزع الكربنة بأنها فقدان الكربون والأطوار الغنية بالكربون بالقرب من السطح، عندما يتفاعل كربون السطح مع الأكسجين لتكوين أول أكسيد الكربون أو ثاني أكسيد الكربون الغازيين. ولا يتمثل السؤال العملي ببساطة في وجود الأكسجين من عدمه، بل في ما إذا كان التفاعل السطحي يخفض نشاط الكربون على السطح بما يكفي لإنشاء تدرج للكربون داخل الفولاذ.

تحدد *Furnace Atmosphere Controls in Heat Treating* الصادرة عن ASM تركيز بخار الماء، وتركيز ثاني أكسيد الكربون، والضغط الجزئي للأكسجين باعتبارها متغيرات في الفرن تُستخدم للتحكم في جهد الكربون ومنع نزع الكربنة. وينبغي التعامل مع هذه المتغيرات باعتبارها قياسات تشغيلية، لا تفسيرات لاحقة. وتصف إرشادات Eurotherm لعام 2020 الاستدلال الشائع على جهد الكربون اعتمادًا على قياس الأكسجين بواسطة مسبار الزركونيا، مقترنًا بدرجة حرارة الفرن ومحتوى أول أكسيد الكربون، أو اعتمادًا على نقطة الندى. ولكل طريقة حدودها؛ لذلك ينبغي أن يربط سجل الفرن بين قراءات الغاز، والتاريخ الحراري، وموضع الحمولة، وتدفق الغاز، وحالة الفولاذ المقاسة.

### بخار الماء، وثاني أكسيد الكربون، والضغط الجزئي للأكسجين، ونواتج الاحتراق

غالبًا ما يكون بخار الماء موضع الاشتباه الأول، لأنه يمكن أن يؤكسد الكربون على سطح الفولاذ. ومن التفاعلات المبسطة:

Csteel+H2⁢O→CO+H2

ويمكن أن يشارك ثاني أكسيد الكربون من خلال التفاعل:

Csteel+CO2→2⁢CO

وتكون النواتج غازية، ولذلك يُزال الكربون من المنطقة القريبة من السطح بدلًا من بقائه في صورة أكسيد غني بالكربون. كما أن الضغط الجزئي للأكسجين مهم لأنه يتحكم في الميل إلى تكوين أكاسيد الحديد، ويؤثر في التفاعلات التي تحدد مستويات أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون. وهذه التفاعلات مترابطة؛ فقد يحتوي غاز ذو محتوى منخفض من الأكسجين الكلي على قدر كافٍ من بخار الماء أو ثاني أكسيد الكربون لخفض نشاط الكربون على السطح.

ولا يكون أول أكسيد الكربون واقيًا تلقائيًا. إذ يعتمد تأثيره على الاتزان بين تفاعلات الكربنة ونزع الكربنة، ودرجة حرارة الغاز، وتركيب الفولاذ، ونسبة CO إلى CO₂. فقد يضيف الغاز المحتوي على CO الكربون في حالة معينة من جهد الكربون، ويزيله في حالة أخرى. ولذلك فإن جهد الكربون مفهوم يتعلق بالاتزان الكيميائي، وليس تسمية مرتبطة بغاز معين. كما يعتمد معدل تبادل الكربون على حركية التفاعل السطحي؛ فقد يكون الانتشار داخل الفولاذ سريعًا بينما يظل التفاعل السطحي هو العامل المتحكم، أو قد يحدث العكس.

يمكن لنواتج الاحتراق أن تخل بهذا الاتزان بسرعة. فقد ينتج الموقد غير المتحكم فيه أكسجينًا زائدًا، أو قدرًا مرتفعًا من بخار الماء، أو نسبة غير اعتيادية من CO₂ إلى CO. وقد يؤدي الاحتراق الغني بالوقود إلى تكوين أول أكسيد الكربون وترسبات مرتبطة بالسخام، في حين يمكن لتسلل الهواء أن يرفع مستويات الأكسجين والرطوبة بعد دخول الغاز إلى الفرن. كما قد تطلق الحمولة الرطبة، أو المادة الحرارية الرطبة، أو التجهيزة التي غُسلت حديثًا بخارًا أثناء التسخين. وقد يؤدي تسرب عند باب أو مانع تسرب أو بلاطة موقد أو عمود مروحة أو قسم تبريد إلى سحب هواء الغرفة، ولا سيما عندما ينخفض ضغط الفرن عن الضغط المحيط.

هذه الملاحظات فرضيات لضبط العملية، وليست تشخيصات. فقولنا «إن الفرن كان يتسرب» يتطلب تأكيدًا من خلال قراءات الضغط، أو اختبارات غاز التتبع، أو فحص موانع التسرب، أو تتبع اتجاهات نقطة الندى، أو أخذ عينات غاز موضعية. كما أن قولنا «إن الغاز كان رطبًا» يتطلب قياسًا معايرًا لنقطة الندى أو الرطوبة، إلى جانب مراجعة أداء المجفف، ودرجة حرارة الأنابيب، وممارسات التطهير. وقد تحمل الحمولة الملوثة زيتًا، أو سائل قطع، أو صدأً، أو قشورًا أكسيدية، أو بقايا تنظيف تتحلل وتغير كيمياء الغاز المحلية. ويمكن لفحص الحمولة ومقارنة النتائج حسب الموقع أن يميزا بين مشكلة ناشئة من الحمولة وإخفاق شامل في جو الفرن.

وتجعل درجة الحرارة تفسير هذه الظاهرة أقل وضوحًا. ففي دراسة نُشرت عام 2021 في *Journal of Materials Research and Technology* على فولاذ نابضي من النوع Fe-0.6C-1.8Si-0.8Mn، واختُبر عند درجات حرارة من 700 إلى 1000 °C، ازداد سمك الفريت منزوع الكربنة حتى نحو 800–825 °C ثم انخفض. وتوضح هذه النتيجة غير الرتيبة سبب عدم كفاية درجة الحرارة وحدها لتفسير الظاهرة. فدرجة الحرارة الأعلى تسرّع انتشار الكربون والتفاعلات السطحية، لكنها قد تغير أيضًا تكوّن الأكاسيد، واتزان الغاز، وتركيب الأطوار، ومعدل إعادة إمداد الكربون من الداخل.

### أجواء الأكسجين الزائد وتكوّن القشور الأكسيدية

تحذر وثيقة *Atmosphere control for the protection of metals during production processes* الصادرة عن Cambridge تحذيرًا مباشرًا من أن التعرض لأجواء احتراق غنية بالأكسجين يمكن أن يؤدي إلى الأكسدة، وتكوّن القشور الأكسيدية، ونزع الكربنة، بما قد يتطلب إزالة هذه الآثار لاحقًا. وهذه عبارة أقوى من القول إن القشور الأكسيدية ونزع الكربنة متطابقان دائمًا. فالقشور الأكسيدية ناتج أكسدي يوجد على السطح أو بالقرب منه، في حين أن نزع الكربنة تغير في محتوى الكربون والبنية المجهرية الحاملة للكربون. وغالبًا ما يحدثان معًا لأن السطح المؤكسد يستهلك الكربون بينما يتفاعل الحديد مع الأكسجين، إلا أن عمقيهما ومعدليهما لا يلزم أن يتطابقا.

وقد ينشأ جو غني بالأكسجين نتيجة نسبة غير صحيحة بين الهواء والوقود، أو انحراف في ضبط الموقد، أو سوء الخلط، أو تعطل جهاز التحكم في الأكسجين، أو دخول الهواء عبر فتحات الفرن. وقد يُظهر الفرن أيضًا كيمياء غازية متوسطة مقبولة، بينما تتعرض نفاثة الموقد أو حافة الحمولة محليًا لريشة غاز مؤكسِدة. كما يؤثر ترتيب الحمولة؛ إذ يمكن للتكديس المحكم أن يعيق دوران الغاز ويُنشئ جيوبًا موضعية، وقد تتفاعل الزوايا والحواف الأمامية المكشوفة بدرجة أشد من الأسطح المحمية.

وقد تحجب القشور الأكسيدية الأدلة. إذ قد تتقشر الأكاسيد أثناء النقل، أو السفع بالخردق، أو التقويم، أو التخليل، تاركة سطحًا يبدو نظيفًا مع وجود تدرج للكربون تحت السطح. وعلى العكس، فإن وجود طبقة قشور داكنة أو سميكة لا يثبت عمق نزع الكربنة بدقة. وينبغي أن تقارن دراسة الفرن بين مظهر القشور الأكسيدية، وكربون السطح، وتدرج الصلادة، والبنية المعدنية المجهرية، وسجلات الجو، بدلًا من استنتاج أحدها من الآخر.

يبدأ التحكم باحتراق مستقر وبضغط فرن تم التحقق منه. وينبغي فحص ضبط الأكسجين في الموقد، وضغط الوقود، وضغط الهواء، وموضع المخمّد، وضغط الفرن، وحالة العادم، ومقارنتها بأجهزة معايرة. وقد يسمح فتح الباب، وممارسات الشحن، والفواصل الزمنية بين النقل والتقسية بدخول الهواء في أكثر المراحل إضرارًا. وإذا اختلفت النتيجة عبر الحمولة، فينبغي رسم خريطة للأسطح المتأثرة وربطها بمواضع المواقد، ومداخل الغاز، وموانع التسرب، وأنماط التدفق. وإذا أظهرت جميع الأسطح تغيرًا متشابهًا، فينبغي مراجعة تاريخ نقاط الضبط، وإمداد الغاز، والتحكم في جهد الكربون.

### أجواء التلبيد N2/H2 ودور الرطوبة \[3\] \[3\] [**Sintering of steels**](https://static.prd.echannel.linde.com/wcsstore/EE_REN_Industrial_Gas_Store/pdf/Sintering-of-steels-brochure-EN.pdf). Linde. Linde technical guidance, 2023.

تتطلب أجواء النيتروجين والهيدروجين المستخدمة في تلبيد مساحيق المعادن تنبيهًا منفصلًا. ويُضاف الهيدروجين عادةً لاختزال الأكاسيد ودعم بيئة تلبيد نظيفة، إلا أن الجو ليس متعادلًا تلقائيًا تجاه الكربون. وتذكر إرشادات Linde لعام 2023 بعنوان *Sintering of steels* أن بخار الماء في أجواء N₂/H₂ يسبب نزع الكربنة. فقد تتفاعل الرطوبة مع الكربون الموجود في المتراص أو على سطح الفولاذ، في حين يغير الهيدروجين اتزان مزيج الغاز وسلوك نقله.

وتشير Linde أيضًا إلى إرشاد تجريبي مفاده أن إبقاء الهيدروجين دون 5% يحد من معدلات الكربنة ونزع الكربنة في ظروف التلبيد المذكورة. ويجب أن تظل هذه النسبة مرتبطة بتلك الظروف؛ فهي ليست قاعدة عامة للفرن تنطبق على المعالجة الحرارية، أو الطرق، أو التخمير، أو كل تركيب من تراكيب مساحيق المعادن. وإن تطبيقها من دون التحقق من درجة الحرارة، ونقطة الندى، ومحتوى الكربون، وسرعة الغاز، وزمن المكوث، وتصميم الفرن، سيحوّل نتيجة خاصة بسياق محدد إلى مواصفة مضللة.

وفي التلبيد، قد تدخل الرطوبة مع النيتروجين أو الهيدروجين المُورَّد، أو تتكون بسبب عدم اكتمال التجفيف، أو تتكثف في الخطوط الباردة، أو تتحرر من المادة الحرارية والتجهيزات. وقد يشير ارتفاع نقطة الندى أثناء دورة الإنتاج إلى مشكلة في المجفف، أو إلى تسرب في مكوّن مبرد بالماء، أو إلى تطهير غير كافٍ، أو إلى رطوبة في المادة الواردة. وينبغي أن يتحقق الإجراء المتخذ من المصدر باستخدام قياسات نقطة الندى عند مصدر إمداد الغاز ومدخل الفرن، واختبارات التسرب، وفحوص درجة حرارة الخطوط، ومقارنة دورات الفرن الفارغ بدورات الفرن المحمّل. \[4\] \[4\] [**Standard Test Methods for Estimating the Depth of Decarburization of Steel Specimens**](https://store.astm.org/e1077-14r21.html). ASTM International. ASTM standard, 2021.

ولا يكفي تركيب الغاز وحده. فقد يغير المسحوق المحتوي على الكربون، وتحلل مواد التشحيم، وترسبات الفرن، وهندسة المتراص الجو المحلي المحيط بالأجزاء. وينبغي قياس الكربون أو البنية المجهرية في عدة مواضع، وتسجيل نقطة الندى خلال الدورة الحرارية الكاملة، ومقارنة النتيجة بنمط تدفق الغاز في الفرن. وعندما يتعلق الخلاف بالعمق المقاس، تحدد ISO 3887:2023 ثلاث طرق لتحديد عمق نزع الكربنة في منتجات الفولاذ. كما يغطي ASTM E1077-14(2021) إجراءات الفحص الأولي، والفحص المجهري، وقياس الصلادة بالانطباع المجهري، والتحليل الكيميائي، مع اعتبار التحليل الكمي الصارم أو التحليل الخطي منهج التحكيم في النزاعات. ويجب مراجعة تشخيص الجو وطريقة القياس معًا؛ إذ إن تغيير أي منهما قد يغير النتيجة المعلنة للعملية.

## كيفية قياس نزع الكربون وفقًا للمعايير

إن عمق نزع الكربون المُبلَّغ عنه ليس خاصية واحدة مستقلة عن الطريقة. فهو نتيجة لنظام اختبار يتضمن المعيار المختار، والمقطع المأخوذ من المنتج، وتحضير السطح، ودقة الجهاز، والقاعدة المستخدمة لتحديد الموضع الذي ينتهي عنده نزع الكربون. وقد يفحص مختبران القضيب نفسه ويحصلان على أعماق مختلفة من دون أن يكون أيٌّ من القياسين ناتجًا عن إهمال.

السبب الفلزي واضح، لكنه مهم. أثناء التسخين، يتحرك الكربون عبر الأوستنيت باتجاه سطح يكون نشاط الكربون فيه أقل من نشاطه في الفولاذ. ويمكن للتفاعلات السطحية التي تشمل الأكسجين وبخار الماء وثاني أكسيد الكربون أن تستهلك الكربون من خلال تكوين أول أكسيد الكربون أو ثاني أكسيد الكربون. وإذا كان جو الفرن يوفّر الكربون بنشاط كافٍ، فقد ينخفض التفاعل أو ينعكس؛ أما إذا لم يفعل ذلك، فإن الانتشار من داخل المعدن يغذي التفاعل السطحي. وتحدد ASM تركيز بخار الماء، وتركيز ثاني أكسيد الكربون، والضغط الجزئي للأكسجين باعتبارها متغيرات في الفرن تُستخدم للتحكم في الجهد الكربوني والحد من نزع الكربون. وتصف Eurotherm تقديرات شائعة للجهد الكربوني تستند إلى قياسات الأكسجين بواسطة مسبار الزركونيا مع درجة حرارة الفرن ومحتوى أول أكسيد الكربون، أو إلى قياس نقطة الندى.

لذلك تعتمد المنطقة المقاسة على التاريخ الحراري والجوي، وليس على درجة الحرارة القصوى وحدها. فقد وجدت دراسة أُجريت عام 2021 على فولاذ زنبركي Fe-0.6C-1.8Si-0.8Mn، واختُبر عند درجات حرارة من 700 إلى 1000 °C، أن سمك الفريت منزوع الكربون ازداد حتى نحو 800–825 °C ثم انخفض. وتحذّر هذه النتيجة من التعامل مع درجة الحرارة باعتبارها متغير تحكم أحادي الاتجاه: إذ يتسارع الانتشار مع ارتفاع درجة الحرارة، لكن تكوّن الأكاسيد، وتركيب الأطوار، وحركية التفاعل السطحي، والجهد الكربوني المتاح تتغير أيضًا.

![نزع الكربنة من الفولاذ: الأسباب والقياس والتحكم](/images/uploads/f28a33c5-9bd7-48ac-97fe-ff5e1d9a7b89/wiki-inline-a-steel-decarburization-test-specimen-prepared-for-metallography-microindentatio-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/f28a33c5-9bd7-48ac-97fe-ff5e1d9a7b89/wiki-inline-a-steel-decarburization-test-specimen-prepared-for-metallography-microindentatio-2027x2560.avif "تكبير الصورة — نزع الكربنة من الفولاذ: الأسباب والقياس والتحكم")ISO 3887:2023 provides three routes for determining decarburization depth: microscopy, hardness, and chemical analysis.

### ISO 3887:2023 وطرائق القياس الثلاث

يوفر ISO 3887:2023 ثلاثة مسارات لأن نزع الكربون يمكن تعريفه بالبنية أو الصلادة أو التركيب.
| عائلة طرق ISO | ما الذي تقيّمه | أساس القرار المناسب |
|---|---|---|
| الفحص الميتالوغرافي | تغيرات الطور والمورفولوجيا من السطح إلى القلب | نزع الكربون الكامل أو الجزئي |
| قياس الصلادة | تدرج الخواص الميكانيكية مع العمق | معيار منطقة التليين الوظيفية |
| التحليل الكيميائي | منحنى تركيز الكربون | حد قبول محتوى الكربون |

يحدد المعيار ISO 3887:2023، *الفولاذ — تحديد عمق نزع الكربون*، ثلاث طرائق للمنتجات الفولاذية. وهي تقابل من حيث المفهوم الفحص الميتالوغرافي، وقياس الصلادة، والتحليل الكيميائي. ولذلك لا يعلن المعيار أن اختبارًا عالميًا واحدًا يحدد نزع الكربون؛ بل يوفّر مسارات مختلفة تلائم المواد والهندسات ومتطلبات القبول وقدرات المختبرات المختلفة.

يفحص المسار الميتالوغرافي مقطعًا مصقولًا يبدأ من السطح الأصلي ويمتد إلى الداخل. ويُظهر التخليل تغيرات البنية المجهرية، مثل طبقة فريتية، وانخفاض محتوى البرليت أو الكربيدات، وانتقالًا نحو القلب غير المتأثر. ويمكن لهذه الطريقة التمييز بين نزع الكربون الكامل، حيث تختفي الأطوار الغنية بالكربون بدرجة كبيرة، ونزع الكربون الجزئي، حيث ينخفض مستوى الكربون أو نسبة البرليت والكربيدات، مع بقاء المكونات الأصلية. وتتمثل قوة هذه الطريقة في أنها تقدم دليلًا بصريًا مباشرًا. أما ضعفها فيتمثل في أن الحد الفاصل قد يكون تدريجيًا أو نطاقيًا، أو قد يتأثر بتباين التخليل. ومن ثم فإن الخط المقاس يمثل تفسيرًا لمنطقة انتقال، وليس حدًا فاصلًا حادًا موجودًا بصورة طبيعية.

تستخدم طريقة الصلادة قياسات تُجرى على مسافات مضبوطة من السطح. وتكون صلادة الطبقة السطحية ذات المحتوى الكربوني المنخفض عمومًا أقل من صلادة المادة غير المتأثرة، مع أن عناصر السبيكة وحجم الحبيبات والأطوار المحتجزة واستجابة المراجعة والإجهاد المتبقي يمكن أن تغير الصلادة أيضًا. وتفيد قياسات الصلادة الدقيقة بوجه خاص عندما تكون الطبقة المتأثرة رقيقة، لكن يجب أن تكون البصمات صغيرة بما يكفي ومتباعدة بدرجة كافية لتجنب تداخل مناطق التشوه اللدن. فالمسافة المناسبة لمنطقة سميكة قد تؤدي إلى طمس منطقة ضحلة. وعلى العكس، قد تجعل المسافات الصغيرة جدًا القراءات الفردية حساسة للحبيبات الموضعية ولأضرار التحضير.

يقيس التحليل الكيميائي الكربون بوصفه دالة في المسافة من السطح، إما من خلال إزالة طبقات منفردة أو باستخدام تقنية أخرى ذات تحليل مكاني. وهو النهج الأكثر مباشرة عندما يكون معيار القبول هو تركيز الكربون، لا حد فاصل مرئي بين الأطوار. لكنه يواجه قيدًا مهمًا هو الدقة الكيميائية. فإذا أزيلت المادة في طبقات سمكها 0.05 mm، فلا يمكن، بصورة موثوقة، إسناد الحد الفاصل المُبلَّغ عنه إلى 0.005 mm. كما يمكن لتلوث السطح، والقشور، واختلاط الفريت منزوع الكربون بالمعدن غير المتأثر، وحجم العينة الذي تأخذه الطريقة التحليلية أن تغيّر المظهر الظاهري للمنحنى.

ينبغي التعامل مع ISO 3887:2023 بوصفه إطارًا مرجعيًا لاختيار إحدى هذه الطرائق والإبلاغ عنها. فقد يكون كل من العمق المجهري، وعمق الانتقال المحدد بالصلادة، وعمق فقدان الكربون المحدد كيميائيًا صحيحًا، مع أن كلًّا منها يصف حدًا مختلفًا. وينبغي أن يحدد التقرير الطريقة والتعريف المستخدمين، بدلًا من عرض «العمق» كما لو كان مفهومًا بذاته.

### عائلات الإجراءات وفق ASTM E1077-14(2021)

ينظم ASTM E1077-14(2021)، *طرائق الاختبار القياسية لتقدير عمق نزع الكربون في عينات الفولاذ*، المشكلة ضمن إجراءات الفحص الأولي، والفحص المجهري، وقياس صلادة البصمات الدقيقة، والتحليل الكيميائي. وهذه عائلات من الإجراءات وليست أسماء قابلة للتبادل للاختبار نفسه.

يمثل الفحص الأولي مرحلة اتخاذ القرار السريع. ويمكن لفحص منخفض التكبير أو لمسح محدود للصلادة أن يبيّن ما إذا كان السطح خاليًا من نزع كربون واضح، أو يحتوي على منطقة كبيرة، أو يتطلب فحصًا أكثر دقة. ويفيد الفحص الأولي في اختبارات الإنتاج واختيار العينات، لكنه لا يكون مناسبًا تلقائيًا لحد قبول ضيق. فقد يفوّت الفحص البصري الخشن طبقة رقيقة من نزع الكربون الجزئي، كما قد يخفي نطاق صلادة واسع تدرجًا ضحلًا.

يوفر الفحص المجهري تقديرًا خطيًا أو كميًا عندما يُحضَّر المقطع ويُقاس بعناية. وينبغي قطع العينة بحيث يكون الوجه المفحوص عموديًا على السطح الأصلي. ويجيب المقطع الطولي عن سؤال مختلف عن المقطع العرضي؛ إذ يمكنه إظهار التباين على طول المنتج، وقد يتقاطع مع بنية الدرفلة أو الحدادة بطريقة مختلفة. ويجب أن يظل السطح الأصلي قابلًا للتحديد. فقد تزيل عملية التجليخ منطقة رقيقة، وقد يؤدي تدوير الحافة إلى تشويهها، كما قد يؤدي التخليل المفرط إلى المبالغة في التباين.

ويغير التكبير النتيجة العملية. فعند التكبير المنخفض، قد يبلّغ الفاحص عن النطاق الخارجي الأبعد الذي طرأ عليه تغير مرئي. أما عند التكبير الأعلى، فقد يصبح استنزاف الكربيدات الدقيق أو المنطقة الفريتية الضيقة قابلًا للقياس. وتؤثر كل من مساحة الرؤية، والإضاءة، والمخلِّل، والمعايرة، وعدد المواضع المقاسة. ويحدد ASTM E1077-14(2021) التحليل الكمي أو الخطي الدقيق باعتباره نهج التحكيم في النزاعات. ويعكس هذا التحديد مبدأً سليمًا: فعندما تكون النتيجة موضع اعتراض، ينبغي للمختبر أن يستبدل الانطباع البصري بقياسات موثقة عبر خطوط أو مواضع محددة.

يحوّل اختبار صلادة البصمات الدقيقة تدرج الخاصية من السطح إلى القلب إلى تقدير للعمق. وينبغي أن يبدأ المسح على مسافة كافية من الحافة لتجنب تأثيرات الحافة، ولكن على مسافة قريبة بما يكفي لحل المنطقة المتوقعة. ويجب الإبلاغ عن تباعد البصمات، والحمل، وزمن المكوث، واستواء السطح، ومعيار العودة إلى صلادة القلب. فإذا كانت البصمات متباعدة أكثر من اللازم، أصبح العمق المذكور نطاقًا لا حدًا فاصلًا دقيقًا. وإذا كانت متقاربة جدًا، فقد يؤثر التشوه الناتج عن بصمة في البصمة التالية.

يُفضَّل التحليل الكيميائي عندما يكون تركيز الكربون نفسه هو الذي يتحكم في القرار، لكن حجم العينة وحد الكشف يحددان أصغر سمة يمكن توثيقها بصورة موثوقة. وقد يُظهر منحنى الكربون المقاس كيميائيًا انخفاضًا تدريجيًا، حتى عندما يُظهر الفحص المجهري تغيرًا حادًا في الطور. ولا ينبغي إعادة تصنيف أي من النتيجتين على أنه الأخرى.

### SAE J419\_201801 واختيار الطريقة

يقدم SAE J419\_201801، *طرائق قياس نزع الكربون*، ممارسات موصى بها للفحص المجهري والصلادة والتحليل الكيميائي للمواد الحديدية. ومن الأفضل استخدامه مع مواصفة المنتج وسجل المعالجة الحرارية، لا بوصفه بديلًا عن أي منهما. ويوفر ISO 3887:2023 ثلاث طرائق قياس محددة للمنتجات الفولاذية؛ ويضع ASTM E1077-14(2021) مفاهيم التقدير والتحكيم؛ بينما يقدم SAE J419\_201801 إرشادات عملية بشأن الطريقة. وينبغي إبقاء تسميات هذه المعايير واضحة في التقرير، لأنها تحدد سياقات إجرائية مختلفة.

ينبغي أن يستند اختيار الطريقة إلى مخاطر الإخفاق. اختر الفحص المجهري عندما يتعلق السؤال ذي الصلة بنزع الكربون الكامل أو الجزئي، وعندما يمكن تفسير البنية المجهرية تفسيرًا موثوقًا. واختر قياس صلادة البصمات الدقيقة عندما يكون تدرج الخاصية مهمًا وتكون الطبقة سميكة بما يكفي لإجراء مسح يمكن الدفاع عنه. واختر التحليل الكيميائي عندما يكون هناك حد محدد لمحتوى الكربون، أو عندما تجعل عناصر السبيكة والمعالجة الحرارية الصلادة مؤشرًا ملتبسًا. واستخدم الفحص الأولي للقرار التمهيدي فقط، ما لم يشترط متطلب المنتج الحاكم السماح به صراحة.

#### الحقول الدنيا لتقرير القياس

- **هوية المادة** المنتج، والدرجة، وحالة المعالجة الحرارية، والمواصفة الحاكمة.
- **أخذ العينات** اتجاه المقطع، وموقع السطح، وعدد المناطق المفحوصة.
- **التحضير** تفاصيل القطع، والتضمين، والطحن، والتلميع، والإظهار بالحفر.
- **القياس** التكبير، وحمل الصلادة والمسافة البينية، أو دقة التحليل الكيميائي.
- **المعيار** تعريف العمق المتأثر الكامل أو الجزئي أو الكلي.
- **النتيجة** القيمة القصوى، والمتوسط، والتشتت، والقيود عند الاقتضاء.

ينبغي أن يذكر كل تقرير المنتج ودرجته، والمواصفة المنطبقة، واتجاه المقطع، وموقع المناطق المفحوصة وعددها، وتسلسل تحضير السطح، وتكبير المجهر أو حمل الصلادة وتباعد البصمات، والدقة التحليلية، ومعيار تحديد الحد الفاصل، وأسلوب الإبلاغ. كما ينبغي أن يميز بين العمق الأقصى والعمق المتوسط، وأن يوضح ما إذا كانت القيمة تشير إلى نزع الكربون الكامل، أو نزع الكربون الجزئي، أو إجمالي العمق المتأثر.

وليس هذا التفصيل أوراقًا تحيط بالقياس؛ بل هو جزء من القياس نفسه. فقيمة نزع الكربون من دون تعريف لحدها الفاصل وطريقة قياسها قد تخلق خلافًا زائفًا، في حين أن تحديد الطريقة بعناية يجعل نتائج المختبرات المختلفة قابلة للمقارنة ضمن حدودها الفعلية.

## القياس الميتالوغرافي: ما الذي يمكن للمجهر إظهاره وما الذي لا يمكنه إظهاره؟

### تحضير المقاطع والتخريش

ينبغي أن يبدأ الفحص الميتالوغرافي بمقطع مأخوذ عموديًا على السطح المعالَج، أو بشكل متعامد معه. وبالنسبة إلى الصفائح أو القضبان أو الأسلاك أو المطروقات، ينبغي أن يكشف القطع المسار الكامل من السطح الأصلي إلى المادة غير المتأثرة. ولا يمكن لمقطع موازٍ للسطح أن يحدد عمق نزع الكربون، لأنه يُظهر التباين الجانبي لا الانتقال المطلوب من السطح إلى القلب. كما يجب أن يسجل أخذ العينة اتجاه المنتج، وحالة المعالجة الحرارية، وموقع السطح، وأي عملية تشغيل أو إزالة قشور أُجريت قبل الفحص.

يجب حماية وجه القطع من التسخين الإضافي. فالقطع الكاشط باستخدام قوة مفرطة قد يسبب تقسيةً سطحيةً بالمراجعة، أو يلطخ المقطع بالمادة اللينة، أو يقتلع الشوائب. ويمكن لهذه التأثيرات أن تُنشئ نطاقًا زائفًا قريبًا من السطح. وعند الحاجة إلى التثبيت، ينبغي أن يدعم الحافة من دون تدويرها؛ إذ إن تدوير الحافة يقلل المسافة الظاهرية بين السطح وأول بنية غير متأثرة. ويجب أن يتم الجلخ باستخدام مواد كاشطة أدق تدريجيًا، مع قدر كافٍ من التزييت وضبط الضغط، بحيث تُزال الأضرار السابقة بدلًا من توسيعها. وينبغي أن يترك التلميع النهائي السطح خاليًا من المعدن المسحوب، أو المواد الكاشطة المنغرزة، أو الخدوش العميقة التي تعبر السطح.

يجب أن يظل سطح المنتج الأصلي قابلًا للتعرّف. وإذا أزيلت القشور قبل إجراء المقاطع، فينبغي للمختبر تسجيل ذلك والاحتفاظ بقطعة ممثلة متى أمكن. وإلا فقد يخلط المحلل بين السطح الفاصل بين القشور والمعدن وبين السطح المصنّع، ويبلغ عن عمق غير صحيح. ولا تُعد طبقة الأكسيد الداكنة المرئية بحد ذاتها قياسًا لنزع الكربون. فالقشور تسجل الأكسدة، بينما يسجل نزع الكربون فقدان الكربون في الفولاذ الموجود أسفلها؛ وقد يحدث الأمران معًا أو كلٌّ منهما على حدة أو بمعدلين مختلفين.

يكشف التخريش تباين الأطوار بعد التلميع. ويجب أن تكون مادة التخريش وزمنه ملائمين للدرجة ونوع الفحص المقصود. ويُستخدم Nital على نطاق واسع مع أنواع الفولاذ الكربوني وسبائك الفولاذ منخفضة السبيكة، إلا أن التركيز، وحالة الكحول، وزمن التطبيق، والشطف تؤثر في التباين. وقد يؤدي التخريش المفرط إلى جعل الفريت داكنًا أو إلى إظهار الانتقال على أنه أعرض. أما التخريش غير الكافي فقد يحجب البيرليت الدقيق وينتج طبقة تبدو مستنزفة من الكربون. ويظل السطح غير المخروّش والمُحضّر جيدًا مفيدًا للتحقق من أضرار الجلخ، والمسام، والشوائب، واختراق القشور؛ ثم يُستخدم السطح المخروّش لتفسير بنية الفولاذ.

#### ملاحظة تفسيرية

يُظهر الفحص الميتالوغرافي التأثيرات البنيوية لفقدان الكربون، والتاريخ الحراري، وعناصر السبيكة، ومعدل التبريد، والتفاعلات السطحية. ويجب تأكيد تشخيص متنازع عليه لفقدان الكربون بأدلة الصلادة أو الأدلة الكيميائية عند الاقتضاء.

لا يقيس المجهر الكربون مباشرةً. بل يعرض كيفية تأثير محتوى الكربون، والتاريخ الحراري، وعناصر السبيكة، ومعدل التبريد، وتفاعلات السطح في البنية.

### تفسير الفريت والبيرليت وتدرج الكربون

في الفولاذ الكربوني ناقص اليوتكتويد، يؤدي فقدان الكربون أثناء التسخين الأوستنيتي عادةً إلى تكوّن منطقة قريبة من السطح تحتوي على فريت أكثر وبيرليت أقل من الجزء الداخلي. وقد يُظهر الجزء الداخلي بنية الفريت–البيرليت المتوقعة، في حين تحتوي المنطقة السطحية على حبيبات فريت تمتد إلى الداخل لمسافة أكبر مما تمتد إليه في المادة غير المتأثرة. وهذه هي الدلالة الميتالوغرافية المألوفة لنزع الكربون الجزئي. وإذا كان استنزاف الكربون شديدًا بما يكفي، فقد تكون المنطقة السطحية المرئية فريتية تقريبًا بالكامل، وهو ما يوصف غالبًا بأنه نزع كربون كامل وفق معايير الاختبار المعمول بها.

نادراً ما يكون الانتقال حدًا كيميائيًا حادًا. إذ ينتشر الكربون عبر الأوستنيت نحو سطح يكون نشاط الكربون فيه أقل من نشاطه في الفولاذ. وعند السطح، تستهلك التفاعلات التي تشمل الأكسجين أو بخار الماء أو ثاني أكسيد الكربون أو غازات أفران أخرى الكربون، أو تغيّر توازن الكربون عند السطح الفاصل. ولذلك تعكس البنية المقاسة مجتمعةً الانتشار، وحركية التفاعل السطحي، ودرجة الحرارة، وزمن التعرض، وإمكانات الكربون في الفرن. ويصف مرجع ASM المعنون *Steel Decarburization—Mechanisms, Models, Prevention, Correction, and Effects on Component Life* هذه العملية المقترنة، بدلًا من معاملتها على أنها أكسدة فقط.

يُعد الفريت والبيرليت مؤشرين مفيدين، لكنهما لا يثبتان تلقائيًا حدوث نزع الكربون. فقد ينتج نطاق غني بالفريت عن تغير موضعي في معدل التبريد، أو عن منطقة متأثرة حراريًا ومتحولة، أو عن التدرج البنيوي المجهري الأصلي الناتج من الطرق أو الدرفلة. كما يمكن لأثر متأثر بالحرارة ناتج عن اللحام أو القطع باللهب أو الجلخ أو إصلاح سابق أن ينتج حجم حبيبات وتباين أطوار متغيرين من دون وجود تدرج مماثل في الكربون. ويمكن للفصل الكيميائي أيضًا أن يغير الكسر الموضعي للبيرليت. فعلى سبيل المثال، قد يغير نطاق فصل المنغنيز أو السيليكون سلوك التحول، وينتج بنية تختلف عن المناطق المجاورة حتى إذا لم ينخفض تركيز الكربون عند السطح.

ينبغي للمحلل مقارنة عدة مواضع حول المحيط، وفحص منطقة مرجعية غير متأثرة من المنتج والدفعة الحرارية نفسيهما متى أمكن. كما ينبغي التحقق من العمق بالاستناد إلى تغير في كسر الطور أو شكل الحبيبات أو الصلادة، لا استنتاجه من صورة منفردة معزولة. ويدعم الانخفاض التدريجي في البيرليت باتجاه السطح وجود استنزاف للكربون عندما يكون السطح محددًا تحديدًا صحيحًا ويكون التاريخ الحراري معلومًا. لكنه لا يثبت سبب حدوث ذلك في الفرن.

وقد يزيد تحول الأطوار من تعقيد التفسير. فالفولاذ الذي جرت أوستنتته ثم بُرّد بسرعة قد يحتوي على مارتنسيت أو بينيت أسفل طبقة سطحية فريتية. وقد يمثل الحد الظاهري تغيرًا في محتوى الكربون، أو تغيرًا في معدل التبريد، أو كليهما. وفي الدرجات متوسطة الكربون مثل AISI/SAE 1045، قد يكون وجود سطح فريتي فوق قلب متحول أكثر صلادة متسقًا مع نزع الكربون، إلا أن اختصاصي الفحص الميتالوغرافي يظل بحاجة إلى دليل من الصلادة أو التحليل الكيميائي إذا كانت النتيجة موضع نزاع. وفي درجات السبائك، يؤثر الكروم والموليبدينوم والسيليكون والمنغنيز في استقرار الأطوار واستجابة التخريش؛ ولذلك فإن المقارنة البصرية مع الفولاذ الكربوني العادي غير آمنة.

كما أن درجة الحرارة وحدها لا يمكنها التنبؤ بالطبقة المرصودة. فقد وجدت دراسة نُشرت عام 2021، واختبرت فولاذ زنبركات Fe-0.6C-1.8Si-0.8Mn عند درجات حرارة تراوحت بين 700 و1000 °C، أن سمك الفريت منزوع الكربون ازداد حتى نحو 800–825 °C ثم انخفض. ولم يؤدِّ ازدياد الانتشار عند درجات الحرارة الأعلى إلى زيادة رتيبة، لأن ظروف الأكسدة والتفاعل السطحي تغيرت أيضًا. وهذا أحد أسباب ضرورة قراءة نتيجة المجهر إلى جانب سجلات جو الفرن. وتحدد ASM تركيز بخار الماء، وتركيز ثاني أكسيد الكربون، والضغط الجزئي للأكسجين باعتبارها متغيرات في الفرن ذات صلة بإمكانات الكربون. وتصف Eurotherm استنتاج إمكانات الكربون من قياسات الأكسجين بمسبار الزركونيا، مقترنةً بدرجة الحرارة ومحتوى أول أكسيد الكربون، أو من قياس نقطة الندى. وتفسر هذه الضوابط ظروف التعرض، لكنها لا تحل محل فحص الفولاذ.

### التحليل الخطي أو الكمي في فحوص التحكيم

يمكن لفحص استقصائي أن يحدد وجود منطقة سطحية مثيرة للشك، لكن الإبلاغ عن عمق نزع الكربون يتطلب معايير محددة. ويغطي ASTM E1077-14(2021)، المعنون *Standard Test Methods for Estimating the Depth of Decarburization of Steel Specimens*، إجراءات الاستقصاء، والفحص المجهري، وصلادة الانطباق المجهري، والتحليل الكيميائي. ويعيّن التحليل الكمي أو الخطي الصارم بوصفه نهج التحكيم عند اختلاف الأطراف. ويحدد ISO 3887:2023، المعنون *Steels — Determination of the depth of decarburization*، ثلاث طرق لقياس العمق في منتجات الفولاذ، بينما يقدم SAE J419\_201801، المعنون *Methods of Measuring Decarburization*، ممارسات موصى بها للفحص المجهري والصلادة والتحليل الكيميائي للمواد الحديدية.

يحوّل التحليل الخطي الانتقال البصري إلى قياس مسجل. إذ يُرسم خط اختبار من السطح الأصلي المحدد إلى القلب، ويسجل المحلل الموضع الذي يتحقق عنده المعيار البنيوي المحدد. وبحسب المواصفة والعقد، قد يتعلق هذا المعيار بنهاية نزع الكربون الكامل، أو بنهاية نزع الكربون الجزئي، أو بالعودة إلى البنية الطبيعية للقلب. ويجب أن يوضح التقرير أي حد جرى قياسه. فعبارة «عمق نزع الكربون» من دون هذا التعريف قد تصف مسافات مختلفة.

وفي الفحص المجهري الكمي، ينبغي للمختبر توثيق التكبير، والمقياس المعاير، ومادة التخريش، وموقع المقطع، وعدد القياسات وتباعدها، والقاعدة المستخدمة لتحديد كل حد. وتُفضّل عدة خطوط شعاعية أو مستعرضة بدلًا من حقل واحد مناسب، ولا سيما في القضبان والمطروقات حيث قد يختلف التعرض حول المحيط. وينبغي أن تتضمن الصور مرجع السطح وشريط مقياس. وإذا كان الانتقال غير منتظم، فقد يكون الحد الأدنى والحد الأقصى والمتوسط ومدى القياسات أهم من قيمة واحدة مقربة.

ينبغي لفحص التحكيم أن يفصل بين الملاحظة والتفسير. ويمكنه أن يقرر أن كسر الفريت يزداد باتجاه السطح، أو أن البيرليت يختفي عند مسافة مقاسة، أو أن الصلادة تتغير عبر المنطقة نفسها. لكنه لا ينبغي أن يقرر أن الفرن احتوى على أكسجين مفرط لمجرد أن الصورة المجهرية غنية بالفريت. ويجب أخذ اختراق القشور، وأضرار التلميع، والفصل الكيميائي، ووجود طبقة متحولة غير ذات صلة في الاعتبار، والتحقق منها عند اللزوم بالفحص المجهري غير المخروّش، أو مسوحات الصلادة، أو التحليل الكيميائي، أو مقطع ثانٍ.

وعليه، فإن المجهر قوي في تحديد موضع الدليل البنيوي، لكنه محدود في تحديد سببه وملف الكربون الدقيق. وتكمن أهمية مفهوم التحكيم لدى ASTM في أنه يستبدل الثقة البصرية بقاعدة قياس موثقة. ففي حالة النزاع، تكون قابلية إعادة الإنتاج هي النتيجة المطلوبة: ينبغي أن يعرف الفاحص الآخر مصدر المقطع، وكيفية تحضيره، والحد الذي جرى تعريفه، وكيف حُسب العمق المبلغ عنه.

## طرق قياس الصلادة والتحليل الكيميائي

غالبًا ما يُبلَّغ عن نزع الكربنة على هيئة عمق بالميليمتر، غير أن هذه القيمة تعتمد على كيفية قياس العمق. يسجّل مسح الصلادة تغيرًا في الاستجابة الميكانيكية الموضعية، بينما يسجّل المقطع الكيميائي التركيب ضمن حجم العينة المأخوذ. أما الفحص الميتالوجرافي فيسجّل الأطوار والمورفولوجيا. وهذه ملاحظات مترابطة، لكنها ليست قياسات قابلة للاستبدال فيما بينها.

تحدد المواصفة ISO 3887:2023، *الفولاذ — تحديد عمق نزع الكربنة*، ثلاث طرق لقياس عمق نزع الكربنة في المنتجات الفولاذية. وتغطي المواصفة ASTM E1077-14(2021)، *طرق الاختبار القياسية لتقدير عمق نزع الكربنة في عينات الفولاذ*، إجراءات الفحص الأولي، والفحص المجهري، وصلادة الانطباع الدقيق، والتحليل الكيميائي. كما تحدد المواصفة SAE J419\_201801، *طرق قياس نزع الكربنة*، ممارسات موصى بها للفحص المجهري والصلادة والتحليل الكيميائي للمواد الحديدية. وتعتمد الطريقة المناسبة على ما إذا كانت النتيجة فحصًا إنتاجيًا أوليًا، أو قياسًا وفق مواصفة، أو دليلًا في تحقيق إخفاق أو نزاع.

### مسوح صلادة الانطباع الدقيق

يُجرى مسح صلادة الانطباع الدقيق بوضع سلسلة من الانطباعات الصغيرة بدءًا من السطح المكشوف باتجاه الداخل غير المتأثر، ثم تمثيل الصلادة بيانيًا مقابل المسافة. ويُستخدم عادةً انطباعا فيكرز أو كنوب، مع اختيار الحمل والمسافة بين الانطباعات بما يسمح بتمييز التدرج المتوقع من دون تداخل مناطق التشوه اللدن. وتكون النتيجة مقطعًا لمظهر الاستجابة الميكانيكية القريب من السطح.

تحتوي الطبقة منزوعة الكربنة عادةً على كمية أقل من البرليت أو الكربيد، أو على نسبة أكبر من الفريت مقارنةً بالمادة الأساسية. ولذلك تميل إلى إظهار صلادة أقل، ولا سيما في أنواع الفولاذ متوسطة وعالية الكربون التي تعتمد مقاومتها بدرجة كبيرة على الأطوار الغنية بالكربون. وقد يُظهر المسح زيادة حادة من السطح إلى القلب، أو انتقالًا تدريجيًا، أو لا يُظهر تغيرًا واضحًا. ويمكن عندئذٍ استخدام معيار صلادة محدد لتقدير حد المنطقة المتأثرة.

غير أن هذا الحد ليس تحليلًا مباشرًا للكربون. فالصلادة تستجيب أيضًا لتوازن الأطوار، وحجم الحبيبات، وتكوّن المارتنسيت أو البينيت، والمراجعة الحرارية، والإجهاد المتبقي، وعناصر السبك، واتجاه الاختبار، والتوزع الشريطي الموضعي للبنية المجهرية. وقد يعكس السطح اللين نزع الكربنة، لكنه قد ينتج أيضًا عن تاريخ حراري مختلف أو عن إعداد غير سليم للسطح. وعلى العكس، يمكن لمنطقة مستنفدة الكربون أن تحتفظ بصلادة ملحوظة إذا عوّضت نواتج تحولها أو محتواها من عناصر السبك جزءًا من فقدان الكربون.

ويكتسب إعداد السطح أهمية كبيرة. فالقشور، وحروق التجليخ، والحواف المستديرة، ووضع الانطباع قريبًا جدًا من الحافة، كلها عوامل قد تشوّه القياسات الأولى. ويجب أن يكون جسم الانطباع صغيرًا بما يكفي لاكتشاف التدرج، ولكن ليس صغيرًا إلى حد يجعل حبيبات الفريت الفردية أو الكربيدات أو خشونة السطح تهيمن على القراءة. كما أن التقارب المفرط بين الانطباعات قد يؤدي إلى تفاعل الانطباعات المتجاورة. وينبغي أن يعبر المسح العمودي على السطح وأن يمتد داخل المادة لمسافة كافية تسمح بتثبيت صلادة مرجعية للمادة غير المتأثرة من خلال عدة قراءات.

تدرج المواصفة ASTM E1077-14(2021) صلادة الانطباع الدقيق ضمن إجراءات التقدير، لكنها لا تحول مقطع الصلادة إلى مقطع كيميائي. وتكون الطريقة أكثر إقناعًا عندما يتوافق انتقال الصلادة مع الدليل الميتالوجرافي ومع تدرج الكربون المتوقع. وتكون أقل إقناعًا عندما يكون الفولاذ قد خضع لتقسية أو مراجعة حرارية أو تكوير أو معالجة سطحية معقدة.

وقد يؤدي تاريخ المعالجة في الفرن أيضًا إلى نتيجة غير رتيبة. ففي دراسة نُشرت عام 2021 في *مجلة أبحاث المواد والتكنولوجيا* حول فولاذ نابضي Fe-0.6C-1.8Si-0.8Mn سُخّن بين 700 و1000 °C، ازداد سمك الفريت منزوع الكربنة مع ارتفاع درجة الحرارة حتى نحو 800–825 °C، ثم انخفض بعد ذلك. ولم تحدد درجة الحرارة وحدها سمك الطبقة المقاس. فقد تغير في الوقت نفسه نشاط الكربون عند سطح الفولاذ، وتفاعلات الأكسدة، والانتشار عبر الأوستنيت، ومدة التعرض. ولذلك لا ينبغي تفسير مسح الصلادة المأخوذ بعد مثل هذه الدورة باستخدام قاعدة بسيطة مفادها أن ارتفاع درجة الحرارة يعني دائمًا زيادة عمق نزع الكربنة.

### التحليل الكيميائي وعمق أخذ العينات

يعالج التحليل الكيميائي سؤالًا مختلفًا: ما كمية الكربون الموجودة في المادة التي أُزيلت أو أُخذت عينتها من موضع محدد؟ وهذا يجعله نهجًا أكثر مباشرة من حيث التركيب، لكن كلمة «مباشر» لا تعني أنه يحدد التوزيع المكاني بدقة. فالنتيجة تمثل حجم المادة التي جُمعت، وليس بالضرورة تركيز الكربون عند مستوى هندسي واحد.

فعلى سبيل المثال، يمكن لتحليل الكربون بالاحتراق الكلي أن يقيس الكربون بدقة في عينة مجهزة، مع حساب متوسط الكربون عبر العينة بأكملها. لكنه لا يستطيع تحديد تدرج سطحي قدره 20 ميكرومترًا إذا كانت سماكة العينة عدة ميليمترات. ولتحديد نزع الكربنة، يجب على المحلل إزالة طبقات متعاقبة، أو أخذ شريحة رقيقة محددة بدقة، أو استخدام تقنية تحليل مجهري ذات حجم تفاعل معلوم. وهكذا تصبح هندسة أخذ العينات جزءًا من النتيجة.

وتكتسب إزالة السطح أهمية خاصة. فإذا حُللت عينة مع وجود قشور أو زيت أو بقايا تجليخ، أو مع إزالة غير مقصودة لطبقة من المادة، فقد لا تعكس قيمة الكربون المبلّغ عنها سطح الفولاذ الأصلي. ويمكن لكل من الإزالة الكيميائية، والتشغيل الآلي، والإزالة الإلكتروليتية، والتجليخ المنضبط أن يغير زيادة العمق ويُدخل تلوثًا. وينبغي أن توثق الطريقة السطح المرجعي الأولي، والكمية المزالة في كل مرحلة، والمساحة أو الكتلة المجموعة، وما إذا كانت القيمة المبلّغ عنها متوسطًا عبر طبقة أو قياسًا شبه نقطي.

وقد يكشف المقطع الكيميائي طبقةً تلو أخرى عن تركيز كربون يرتفع تدريجيًا باتجاه القلب بدلًا من وجود حد فاصل حاد. وقد لا يعطي هذا المقطع «العمق» نفسه الذي يعطيه معيار الصلادة أو الحد الميتالوجرافي. فقد تعرّف إحدى الطرق العمق المتأثر عند الموضع الذي يبلغ فيه الكربون نسبة مختارة من قيمة الكتلة الاسمية، في حين قد تعرّفه طريقة أخرى عند الموضع الذي لا تعود فيه مورفولوجيا الفريت أو الكربيد قابلة للتمييز. ويمكن أن تختلف القيم من دون أن يكون أي من الاختبارين غير صالح.

ويوفر جو الفرن سياقًا مفيدًا لتفسير هذه المقاطع. يحدد كتاب ASM International لعام 2013، *التحكم في أجواء الأفران أثناء المعالجة الحرارية*، تركيز بخار الماء، وتركيز ثاني أكسيد الكربون، والضغط الجزئي للأكسجين بوصفها متغيرات تُستخدم للتحكم في قابلية الفرن للكربنة ومنع نزع الكربنة. ويتحكم في تبادل الكربون الفرق في نشاط الكربون بين الفولاذ والجو، إلى جانب حركية التفاعل السطحي. ويصف الملحق الخاص بدليل *2704CP* الصادر عن Eurotherm عام 2020 الاستدلال الشائع على قابلية الفرن للكربنة من قياسات الأكسجين بمسبار الزركونيا، مقترنة بدرجة حرارة الفرن ومحتوى أول أكسيد الكربون، أو من قياس نقطة الندى.

وتُعد هذه القراءات دليلًا على العملية، وليست إثباتًا لمحتوى الكربون عند سطح المكوّن. وتذكر إرشادات Linde لعام 2023 بشأن التلبيد أن بخار الماء في أجواء N2/H2 يسبب نزع الكربنة، وتستشهد بإرشاد تجريبي مفاده أن نسبة هيدروجين تقل عن 5% حدّت من معدلات الكربنة ونزع الكربنة في ظروف التلبيد المحددة. وهذه القيمة مشروطة، وليست قاعدة عامة لجميع الأفران. كما أن التعرض للأكسجين الزائد قد يؤدي إلى الأكسدة وتكوّن القشور ونزع الكربنة، وفقًا لما توضحه إرشادات Cambridge بشأن التحكم في أجواء المعادن.

### الربط بين الصلادة والبنية المجهرية وتركيز الكربون

ينشأ التفسير الأقوى من توافق الملاحظات المستقلة. فإذا أظهرت منطقة سطحية انخفاضًا في الكربون، وزيادة في الفريت أو انخفاضًا في نسبة الكربيد، وصلادة أقل، فإن ذلك يقدم تشخيصًا متماسكًا لنزع الكربنة. وإذا تغيرت الصلادة وحدها، فإن النتيجة تكون قرينة ترجيحية. وإذا تغيرت نتيجة الكربون وحدها، فلا يزال يتعين على المحلل أن يراعي تشوه العينة أثناء أخذها، وحساب المتوسط، وإعداد السطح. أما إذا تغيرت البنية المجهرية من دون وجود تدرج في الكربون، فقد يكون تاريخ التحول أو انفصال عناصر السبك هو السبب.

ويتطلب الربط مطابقة المواضع. فينبغي أخذ مسح الصلادة، والمقطع الميتالوجرافي، والعينات الكيميائية من مقاطع متجاورة أو متسلسلة ذات سطح مرجعي مشترك. ولا يمكن مقارنة عينة كربون تمثل متوسط أول 0.5 mm مباشرةً بتغير في الصلادة يقتصر على أول 0.1 mm. وبالمثل، قد لا تمثل صورة مجهرية مأخوذة من ركن سطحًا مستويًا واسعًا، لأن هندسة الحافة تغير انتقال الحرارة ووصول الغاز.

ويستفيد التفسير القائم على المواصفات من الجمع بين هذه الطرق عندما تتطلب مواصفة أو تحقيق إخفاق أو نزاع دليلًا أقوى. وتعيّن المواصفة ASTM E1077-14(2021) التحليل الكمي الصارم أو التحليل الخطي بوصفه نهج التحكيم في النزاعات. ويكتسب هذا الحكم أهمية لأن فحص الصلادة السريع يمكن أن يحدد مادة مثيرة للشك، في حين يستطيع فحص كمي أكثر ضبطًا أن يثبت العمق المبلّغ عنه. وتوفر المواصفتان ISO 3887:2023 وSAE J419\_201801 إطارًا لاختيار أساليب القياس ذات الصلة وتطبيقها؛ ومع ذلك، ينبغي أن يذكر تقرير المختبر المعيار المستخدم، وموضع أخذ العينات، وإجراء الإعداد، والمسافة بين نقاط المسح، وعدم اليقين أو قابلية التكرار حيثما توافرت.

وتترتب على ذلك خلاصة عملية: غالبًا ما تكون الصلادة فعالة في تحديد موضع الانتقال، ويُعد التحليل الكيميائي مفيدًا لتأكيد التركيب، بينما يوضح الفحص المجهري الأطوار التي تغيرت. ولا ينبغي التعامل مع أي منها بوصفه بديلًا شاملًا عن الطرق الأخرى. ولا يكون عمق نزع الكربنة المبلّغ عنه ذا معنى إلا عند تحديد طريقة الاختبار، وحجم العينة، ومعيار القبول، والتاريخ الحراري للفولاذ إلى جانب القيمة العددية.

## التحكم في نزع الكربون أثناء المعالجة الحرارية والتلبيد

يبدأ التحكم في نزع الكربون من **الجهد الكربوني**، وليس من وصفة اسمية لغاز الفرن. فقد ينتج عن خليط موسوم بأنه «ماصّ للحرارة» أو «نيتروجين–ميثانول» أو «N₂/H₂» ظروف مختلفة لنقل الكربون عند تغير درجة الحرارة أو الرطوبة أو التسرب أو تدفق الغاز أو توازن الاحتراق. يستجيب الفولاذ إلى نشاط الكربون على سطحه وإلى معدلات التفاعلات السطحية التي تستهلك الكربون أو تمدّ به. ثم ينتشر الكربون عبر الأوستنيت باتجاه السطح. لذلك يجب أن يقيس التحكم في الفرن متغيرات الغلاف الجوي التي تحكم نشاط الكربون، بدل افتراض أن تركيبًا ثابتًا للغاز سيؤدي إلى نتيجة ثابتة.

يجب تحديد الجهد الكربوني المطلوب وفقًا لدرجة الفولاذ، وحجم المقطع، ودورة التسخين والإمساك الحراري، وأي عملية لاحقة للكربنة أو التقسية المتعادلة أو التخمير اللامع. فالغلاف الجوي المتعادل لدرجة من الفولاذ الكربوني العادي ليس متعادلًا تلقائيًا لفولاذ عالي السبائك، كما أن نقطة الضبط نفسها لا تكون مناسبة عند كل درجات الحرارة. والهدف هو إبقاء نشاط الكربون على السطح قريبًا بما يكفي من حالة الاتزان المطلوبة للفولاذ لمنع فقدان الكربون دون حدوث كربنة غير مرغوبة.

### ضبط الجهد الكربوني للفرن والمحافظة عليه

الجهد الكربوني هو نشاط الكربون الفعّال الذي يستطيع الغلاف الجوي للفرن فرضه على الفولاذ عند درجة حرارة محددة. فإذا كان الجهد الكربوني للغلاف الجوي أقل من الجهد عند سطح الفولاذ، يغادر الكربون الفولاذ. وإذا كان أعلى منه، يدخل الكربون إلى الفولاذ. وقد تكون فترة الانحراف القصيرة مؤثرة عندما تكون الحمولة رقيقة، أو تكون مساحة السطح كبيرة، أو تبقى المادة عند درجة الحرارة مدة طويلة.

يحدد مرجع ASM المعنون *ضوابط أجواء الأفران في المعالجة الحرارية* تركيز بخار الماء، وتركيز ثاني أكسيد الكربون، والضغط الجزئي للأكسجين باعتبارها متغيرات في الفرن تُستخدم للتحكم في الجهد الكربوني ومنع نزع الكربون. وترتبط هذه المتغيرات من خلال التفاعلات بين أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والهيدروجين وبخار الماء والكربون على سطح الفولاذ. ولذلك قد يؤدي ارتفاع طفيف في H₂O أو CO₂ إلى تغيير الغلاف الجوي الفعّال حتى عندما تظل معدلات التدفق المعروضة للنيتروجين أو الهيدروجين أو الغاز المُغني ثابتة.

ينبغي تحديد نقاط الضبط استنادًا إلى مواصفة الفولاذ، وتأهيل العملية، وأعمال معايرة الفرن. ولا ينبغي نسخها من جدول لتدفق الغاز دون التحقق من درجة الحرارة واستجابة المحلل. في دورة التقسية، قد يكون الجهد المختار قريبًا من التعادل أو أعلى منه قليلًا باتجاه الكربنة عند درجة حرارة الأوستنة؛ أما في دورة التلبيد، فقد تُحدد مستويات الأكسجين والرطوبة المسموح بها بصورة مباشرة أكثر، لأن أجزاء ميتالورجيا المساحيق قد تمتلك مساحة سطح كبيرة ومسامية مترابطة.

يجب التحكم في درجة الحرارة بإحكام مماثل للتحكم في الغلاف الجوي. إذ يزداد نشاط الكربون ومعدلات التفاعل وانتشار الكربون أو تتغير جميعها مع درجة الحرارة، لكن عمق نزع الكربون لا يرتفع بالضرورة وفق علاقة خطية بسيطة. فقد وجدت دراسة أجريت عام 2021 على فولاذ نابضي Fe-0.6C-1.8Si-0.8Mn، واختُبر عند درجات حرارة من 700 إلى 1000 °C، أن سماكة الفيريت منزوع الكربون ازدادت حتى نحو 800–825 °C ثم انخفضت. وتعكس هذه النتيجة تأثيرات متنافسة للانتشار والأكسدة والتحول الطوري والتفاعلات السطحية. ولا تُعد درجة حرارة الفرن الأعلى، بحد ذاتها، دليلًا على زيادة نزع الكربون المقاس.

يتطلب التحكم في الغلاف الجوي أيضًا خطة للإنذار والاستجابة. وينبغي أن يؤدي تعطل المسبار، أو ارتفاع نقطة الندى، أو انخفاض الجهد الكربوني، أو فقدان الغاز المُغني، أو حدوث تغير غير مفسر في CO إلى تعليق العملية أو إجراء تصحيح مضبوط أو عزل الحمولة، وفقًا لمخاطر العملية. فالمتحكم الذي يكتفي بدفع صمام نحو نقطة الضبط بينما يكون جهاز القياس ملوثًا قد يحافظ على رقم معروض، ومع ذلك ينتج فولاذًا منزوع الكربون.

![نزع الكربنة من الفولاذ: الأسباب والقياس والتحكم](/images/uploads/629badba-7494-4dc9-9fec-f9d297d99159/wiki-inline-a-heat-treatment-furnace-control-station-with-a-zirconia-oxygen-probe-dew-point-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/629badba-7494-4dc9-9fec-f9d297d99159/wiki-inline-a-heat-treatment-furnace-control-station-with-a-zirconia-oxygen-probe-dew-point-1920x1094.avif "تكبير الصورة — نزع الكربنة من الفولاذ: الأسباب والقياس والتحكم")Carbon-potential control depends on temperature and atmosphere measurements rather than a nominal gas recipe alone.

### المستشعرات ونقطة الندى ومسابير الأكسجين ودرجة الحرارة وأول أكسيد الكربون

يصف الملحق الخاص بدليل 2704CP الصادر عن Eurotherm طريقتين شائعتين لتقدير الجهد الكربوني للفرن. تجمع إحداهما بين قياس الأكسجين بواسطة مسبار الزركونيا ودرجة حرارة الفرن ومحتوى أول أكسيد الكربون. وتستخدم الأخرى قياس نقطة الندى. وترتبط الطريقتان، لكنهما لا تمثلان قراءتين قابلتين للتبادل صادرَتين عن مستشعر فيزيائي واحد.

يقيس مسبار أكسجين الزركونيا جهد الأكسجين من خلال الجهد المتولد عبر إلكتروليت الزركونيا عند درجة حرارة الفرن. ومع معرفة محتوى CO أو التحكم فيه، يمكن تحويل إشارة المسبار ودرجة الحرارة إلى جهد كربوني مقدر. ويُعد تعويض درجة الحرارة ضروريًا؛ فجهد المسبار نفسه لا يمثل جهد الأكسجين أو الجهد الكربوني نفسه عند درجات حرارة مختلفة. كما أن محتوى CO ضروري في الحساب. فإذا افترض المتحكم قيمة ثابتة لـ CO بينما يتغير تركيب الغاز الفعلي، فقد يكون الجهد الكربوني المشار إليه خاطئًا حتى إذا كانت خلية الزركونيا تعمل بصورة سليمة.

ويهم موضع المسبار. إذ ينبغي أن يمثل القياس الغلاف الجوي المحيط بالحمولة، لا زاوية راكدة أو أنبوب أخذ عينات باردًا أو منطقة قريبة من تسرب للهواء. وقد تؤدي السخام والقشور والمكثفات وتقادم المسبار والضجيج الكهربائي ومشكلات هواء المرجع إلى تشويه القراءات. وينبغي للمشغلين التحقق من استجابة المسبار مقابل حالة معايرة معروفة، وفحص المسبار ومكونات الحماية، ومقارنة الإشارة ببيانات مستقلة عن الغلاف الجوي بعد الصيانة أو عند حدوث انجراف غير مفسر. ولا يمكن للمعايرة أن تصحح تركيب مسبار في موضع لا يمثل فيه الغلاف الجوي للفرن الحالة الفعلية.

يوفر قياس نقطة الندى مسارًا منفصلًا للمراقبة، إذ يقيس محتوى الغاز من الرطوبة، عادةً بعد أخذ عينات مضبوط وتبريدها. وتمثل الرطوبة متغير إنذار مباشرًا، لأن بخار الماء يمكن أن يؤكسد الكربون على سطح الفولاذ. ويُدرج ASM تركيز بخار الماء ضمن المتغيرات المستخدمة للتحكم في الجهد الكربوني، بينما تنص إرشادات التلبيد الصادرة عن Linde عام 2023 على أن بخار الماء في أجواء N₂/H₂ يسبب نزع الكربون. كما تقدم Linde إرشادًا تجريبيًا يفيد بأن إبقاء الهيدروجين عند أقل من 5% يحد من معدلات الكربنة ونزع الكربون في ظروف التلبيد المشار إليها. وهذه القيمة خاصة بالعملية، وليست حدًا عامًا صالحًا لكل فرن أو سبيكة أو درجة حرارة أو نقطة ندى.

يمكن لنقطة الندى أن تكشف دخول الماء عبر المواد الحرارية الرطبة، أو ضعف تجفيف الغاز، أو التسربات، أو تنظيف الفرن، أو عدم اكتمال التطهير. لكنها لا تستطيع وحدها وصف كل تفاعل يؤثر في الجهد الكربوني. فنقطة الندى المنخفضة لا تثبت أن الحمولة آمنة إذا دخل الهواء عبر مانع تسرب الباب أو إذا كانت ظروف CO₂ وCO ودرجة الحرارة والتدفق غير طبيعية. ولهذا السبب، ينبغي تفسير نظام نقطة الندى بالاقتران مع قياسات درجة الحرارة والتدفق والضغط، وعند الاقتضاء، الأكسجين وCO.

### ممارسات تحميل الفرن والإحكام وتوزيع الغاز والتحقق من العملية

لا يستطيع الغلاف الجوي الخاضع للتحكم الجيد تعويض ممارسات التحميل السيئة. وينبغي ترتيب الأجزاء بحيث يصل الغاز إلى جميع الأسطح المكشوفة، وألا تتشكل في المناطق المكتظة مناطق راكدة تحتفظ بالرطوبة. ويجب ألا تعيق السلال والتجهيزات والصواني والطلاءات الواقية التدفق حول الأسطح الحرجة. وقد تستهلك الحمولات الثقيلة الغاز المُغني أو تؤخر استبدال الغلاف الجوي، في حين قد تطلق الحمولات الباردة أو الرطبة الرطوبة أثناء الجزء الأكثر حساسية من دورة التسخين.

وتستحق موانع تسرب الفرن الاهتمام نفسه الذي تحظى به أجهزة التحليل. فقد تسمح فجوات الأبواب، أو تشققات الغلاف الداخلي، أو ضوابط الحارقات، أو موانع تسرب أعمدة المراوح، أو خطوط أخذ العينات، أو فتحات النقل غير المغلقة جيدًا بدخول الهواء إلى فرن يعمل عند ضغط منخفض. ويوفر دخول الهواء الأكسجين، وقد يسبب أكسدة ونزع كربون موضعيين حتى عندما يعرض المحلل الرئيسي قيمة مقبولة. ويقلل الضغط الإيجابي، عندما يكون مناسبًا لتصميم الفرن، من تسرب الهواء إلى الداخل، لكن الضغط المفرط قد يدفع غاز العملية عبر موانع التسرب ويسبب مخاطر أخرى. وينبغي إجراء اختبارات التسرب بعد الصيانة وكلما تغيرت اتجاهات الأكسجين أو نقطة الندى أو CO دون تفسير مقنع متعلق بالعملية.

ويجب التحقق من توزيع الغاز بدل استنتاجه من إجمالي التدفق. فتحقق من عمل مداخل الغاز والعادم، وأداء مروحة التدوير، وزمن التطهير، ووظيفة مقاييس التدفق، واستقرار الضغط. وفي التلبيد المستمر، افحص المناطق بصورة منفصلة؛ فقد يختلف الغلاف الجوي اختلافًا كبيرًا بين أقسام التسخين المسبق ودرجات الحرارة العالية والتبريد. وقد يتكثف بخار الماء المنطلق في إحدى المناطق أو يتفاعل في اتجاه مجرى الغاز، كما قد يفوّت محلل واحد حالة موضعية عند سطح المشغولة.

ينتهي التحقق من العملية بالفولاذ نفسه. وينبغي أن تشمل العينات الممثلة المواضع الأكثر تعرضًا لغلاف الفرن الجوي، والمناطق الأكثر احتمالًا لأن تحجبها نقاط التلامس أو الرص. تحدد المواصفة ISO 3887:2023، *الفولاذ — تحديد عمق نزع الكربون*، ثلاث طرق لقياس عمق نزع الكربون في منتجات الفولاذ. ويغطي المعيار ASTM E1077-14(2021)، *طرق الاختبار القياسية لتقدير عمق نزع الكربون في عينات الفولاذ*، إجراءات الفحص الأولي، والفحص المجهري، والصلادة بالانطباع المجهري، والتحليل الكيميائي. وفي حالات النزاع، يحدد ASTM التحليل الكمي الصارم أو التحليل الخطي باعتباره النهج المرجعي. كما يقدم SAE J419\_201801، *طرق قياس نزع الكربون*، ممارسات موصى بها للفحص المجهري والصلادة والتحليل الكيميائي للمواد الحديدية.

وقد تغير طريقة الاختبار العمق المبلغ عنه. فقد يحدد مسح الصلادة منطقة لينة وظيفيًا، بينما يستطيع الفحص المعدني التفريق بين نزع الكربون في الفيريت ونزع الكربون الجزئي، أو تمييز أضرار الأكسدة. ولذلك ينبغي مقارنة النتائج باستخدام المعيار نفسه، واتجاه المقطع نفسه، وطريقة التحضير نفسها، والتكبير نفسه، ومعيار القبول نفسه. وإذا بدا سجل الفرن مرضيًا، لكن فشل الفولاذ الممثل في الاختبار، فينبغي التحقيق في تأخر المستشعر، وموضع أخذ العينة، وحجب الحمولة، والرطوبة، ودخول الهواء، وصحة حساب الجهد الكربوني قبل مجرد رفع نقطة الضبط. فقد يستبدل هذا الإجراء نزع الكربون بالكربنة دون تصحيح الخلل الأساسي.

## عواقب التصحيح والإزالة والقبول والفشل

يعتمد التصحيح والقبول على المواصفة الحاكمة، والهندسة، ومخاطر الخدمة، والحالة المتبقية التي جرى التحقق منها.
| التصرف | متى قد يكون مناسبًا | التحقق المطلوب |
|---|---|---|
| القبول | تفي الحالة المقاسة بالمتطلب الحاكم | توثيق الطريقة والمعيار والنتيجة |
| الإزالة بالتشغيل أو الطحن | تقع الطبقة المتأثرة ضمن بدل التشغيل المعتمد | إعادة فحص السطح المصحح والهندسة المتبقية |
| إعادة المعالجة | يمكن لدورة حرارية كاملة مؤهلة أن تعيد الخواص المطلوبة | إعادة تأهيل الغلاف الجوي والتسخين والتبريد والخواص النهائية |
| الرفض أو خفض التصنيف | لا يمكن للسطح أو المقطع الحرج استيفاء المتطلب | تسجيل الأدلة المقاسة والتصرف الهندسي |

لا تُعد إزالة الكربنة تلقائيًا شرطًا للرفض، لكنها في الوقت نفسه ليست عيبًا تعالجه التشغيلات الآلية دائمًا. ويعتمد القرار على نوع الكربون المفقود، ومدى امتداد المنطقة المتأثرة، والأسطح التي تتحمل الأحمال، وما إذا كانت الهندسة المحددة تترك مادة كافية للإزالة. فقد يمكن إزالة طبقة فريتية رقيقة من سماحية التشغيل الآلي دون التأثير في الأداء. أما العمق المقاس نفسه في نابض نهائي، أو سن ترس، أو مجرى محمل، أو عمود حرج من ناحية الكلال، فقد يمثل فقدانًا خطيرًا في القدرة الوظيفية. \[5\] \[5\] [**Standard Test Methods for Estimating the Depth of Decarburization of Steel Specimens**](https://store.astm.org/e1077-14r21.html). ASTM International. ASTM standard, 2021.

ينبغي أن يستند القرار الأول إلى قياس تم التحقق منه، لا إلى لون القشور أو انطباع صلادة واحد. تحدد المواصفة ISO 3887:2023، *Steels — Determination of the depth of decarburization*، ثلاث طرق لتحديد عمق إزالة الكربنة في المنتجات الفولاذية. وتغطي المواصفة ASTM E1077-14(2021)، *Standard Test Methods for Estimating the Depth of Decarburization of Steel Specimens*، الفحص الأولي، والفحص المجهري، وقياس الصلادة بالانطباع المجهري، وإجراءات التحليل الكيميائي. وعند النزاع بشأن النتائج، تعيّن ASTM E1077-14(2021) التحليل الكمي الدقيق أو التحليل الخطي بوصفه النهج المرجعي للفصل. كما تحدد SAE J419\_201801 ممارسات موصى بها للفحص المجهري وقياس الصلادة والتحليل الكيميائي للمواد الحديدية.

لا تُبلغ هذه الطرق بالضرورة عن الحد الفاصل نفسه. فقد تحدد الطريقة الميتالوغرافية منطقة تحوّل فيها البيرلايت أو المارتنسيت إلى فريت، في حين قد يُظهر مسح الصلادة انتقالًا أكثر تدريجًا ويحدد العمق المتأثر عند معيار صلادة مختار. ويمكن للتحليل الكيميائي قياس تركيز الكربون مباشرة، لكنه قد يحسب متوسط النتيجة على حجم العينة. ولذلك فإن عبارة «إزالة طبقة إزالة الكربنة» تظل غير مكتملة ما لم يُذكر عمق الإزالة المطلوب والطريقة المستخدمة للتحقق منه.

### متى يمكن إزالة المادة منزوعة الكربون بالتشغيل الآلي أو التجليخ

تكون الإزالة ممكنة تقنيًا عادةً عندما تقع الطبقة المتأثرة بالكامل ضمن سماحية تشغيل آلي أو تجليخ معتمدة. ويمكن للخراطة، والتفريز، والتجليخ الأسطواني، والتجليخ السطحي، وإزالة المخزون بصورة مضبوطة، أن تكشف مادة ذات محتوى كربون وقطاع صلادة يفيان بالمطلوب. ومع ذلك، يجب أن يظل القطاع المتبقي مستوفيًا لمتطلبات الرسم، والتفاوتات البُعدية، ومتطلبات تشطيب السطح، وأي متطلبات لعمق الطبقة أو المعالجة الحرارية. ولا يجوز إعلان تصحيح الجزء لمجرد اختفاء سطح شاحب أو منخفض الصلادة.

يجب أن يراعي حساب الإزالة هندسة السطح المتأثر. فإذا فقد عمود أسطواني 0.20 mm من نصف قطره أثناء التجليخ، انخفض قطره بمقدار 0.40 mm. أما على وجه مستوٍ، فإن إزالة 0.20 mm تغيّر السمك بمقدار 0.20 mm. وقد يصعب إزالة إزالة الكربنة من الحنية، أو جانب السن، أو جذر اللولب، أو مجرى المفتاح بصورة متجانسة؛ إذ قد يؤدي التجليخ الموضعي إلى تكوين تقويضات، أو انتقالات حادة، أو إجهاد شد متبقٍ. وقد تكون هذه التأثيرات أشد ضررًا من فقدان الكربون الأصلي.

كما يتحدد المخزون المطلوب وفقًا لقطاع الكربون الفعلي، وليس وفقًا لعمق الفريت المرئي وحده. فقد تحتوي المنطقة المنزوعة الكربون جزئيًا على تدرج في الكربون يمتد أسفل طبقة فريتية بالكامل. وإذا كانت الخاصية المحددة تعتمد على حد أدنى للصلادة أو لتركيز الكربون، فيجب أن يصل عمق الإزالة إلى ذلك المعيار عبر السطح المعني. وينبغي أن يستخدم التحقق عادةً مقطعًا عرضيًا ممثلًا من المنطقة المصححة، مع الاتفاق مسبقًا على الطريقة والموقع قبل اتخاذ قرار التصرف.

يكون تبرير التشغيل الآلي أقوى في مكوّن مطروق أو مدرفل خشنًا منه في مكوّن نهائي لا يتبقى فيه إلا سماحية صغيرة. وقد يكون مناسبًا أيضًا عندما يكون السطح المتأثر غير وظيفي ويسمح الرسم بإزالة المخزون. لكنه ليس علاجًا عامًا لمكوّن وصل سطحه الحرج بالفعل إلى المقاس النهائي. فالتجليخ لا يستطيع استعادة المخزون الذي استهلكه التصميم مسبقًا.

وينبغي معالجة السبب في الوقت نفسه. يحدد كتاب ASM، *Furnace Atmosphere Controls in Heat Treating*، تركيز بخار الماء، وتركيز ثاني أكسيد الكربون، والضغط الجزئي للأكسجين بوصفها متغيرات في الفرن تُستخدم للتحكم في جهد الكربون والحد من إزالة الكربنة. ويصف الملحق الخاص بـ *2704CP Handbook* الصادر عن Eurotherm التقدير الشائع لجهد الكربون انطلاقًا من قياسات الأكسجين بمسبار الزركونيا، مقترنة بدرجة حرارة الفرن ومحتوى أول أكسيد الكربون، أو انطلاقًا من قياس نقطة الندى. ولا يُعد الجزء المصحح الخارج من فرن يواصل إنتاج جهد كربون منخفض تصحيحًا للعملية؛ بل هو إجراء فرز مؤقت.

### متى لا يكون التصحيح مكافئًا للاستعادة

إن إزالة سطح لين لا تستعيد المادة المفقودة، أو الهندسة المتغيرة، أو تاريخ المعالجة الحرارية الأصلي. ويمثل هذا التمييز محور فصل ASM بعنوان *Steel Decarburization—Mechanisms, Models, Prevention, Correction, and Effects on Component Life*. وتنشأ إزالة الكربنة من انتقال الكربون عبر الحديد الأوستنيتي باتجاه سطح يكون نشاط الكربون فيه أقل من نشاطه في الفولاذ، في حين تستهلك التفاعلات السطحية مع جو الفرن الكربون. وتعتمد المنطقة النهائية على الانتشار، ودرجة الحرارة، وزمن التعرض، ونشاط الكربون، وحركية التفاعل السطحي.

قد تعيد عملية إعادة التسخين تزويد المادة بالكربون فقط في ظروف كربنة مضبوطة، وقد تُدخل مشكلات جديدة، مثل نمو الحبيبات، والتشوه، والأكسدة، والأوستنيت المحتجز، وزيادة كربون الطبقة، أو تكوين قطاع صلادة يختلف عن المواصفة الأصلية. ولا تعادل إعادة تسخين مكوّن مقسّى ومراجَع تكرار المعالجة الأصلية، إلا إذا جرى اعتماد الدورة الحرارية الكاملة، والجو، ومعدل التبريد، واستجابة المراجعة. وبالنسبة إلى فولاذ التقسية بالترسيب، أو فولاذ العدد، أو فولاذ النوابض، أو درجات [فولاذ المحامل](/ar/الفئات/فولاذ-المحامل "فولاذ المحامل")، فقد يتطلب التصحيح المطلوب إعادة تأهيل كاملة، لا معالجة سطحية موضعية.

كما يغيّر فقدان الكربون البنية المجهرية قبل إزالة المادة. فقد تحتوي منطقة منزوعة الكربون على فريت في موضع كان من المفترض أن تنتج فيه المعالجة بيرلايت أو بينايت أو مارتنسيت. ولا تؤدي إزالة هذه المنطقة بالتجليخ إلى عكس التغيرات البُعدية، أو إزالة الكربنة الموجودة أسفل خاصية يتعذر الوصول إليها، أو حالة معالجة حرارية تم تجاوزها أثناء التصنيع. كما أنها لا تثبت أن الفولاذ المتبقي يملك صلادة القلب، أو عمق الطبقة، أو المتانة، أو حالة الإجهاد المتبقي المحددة.

لا يمكن لدرجة الحرارة وحدها أن تتنبأ بالنتيجة. فقد وجدت دراسة نُشرت عام 2021 في *Journal of Materials Research and Technology*، على فولاذ نابضي Fe-0.6C-1.8Si-0.8Mn اختُبر عند درجات حرارة من 700 إلى 1000 °C، أن سمك الفريت المنزوع الكربون ازداد حتى نحو 800–825 °C ثم انخفض. ويعكس هذا السلوك غير الرتيب تأثيرات الانتشار والأكسدة المتنافسة. ولذلك تكتسب سجلات الجو أهمية. وتذكر Linde أن بخار الماء في أجواء N2/H2 يسبب إزالة الكربنة، وتشير إلى نسبة هيدروجين أقل من 5% بوصفها إرشادًا تجريبيًا للحد من معدلات الكربنة وإزالة الكربنة في ظروف تلبيد محددة؛ إلا أن هذه القيمة ليست قاعدة عامة لجميع الأفران.

يجب أن يستند القبول إلى مواصفة المنتج المعمول بها، أو الرسم، أو معيار المعالجة الحرارية، أو المتطلب التعاقدي. فلا يوجد عمق واحد لإزالة الكربنة يصلح لكل درجة أو مكوّن. وقد تحدد الوثيقة الحاكمة إزالة كربنة كلية، أو جزئية، أو فريتية، أو قطاع صلادة، أو حدًا للكربون، أو متطلبًا خاصًا بموقع معين، أو قد لا تضع أي حد لأن التشغيل الآلي اللاحق يزيل المنطقة. وإذا كان المتطلب غير منصوص عليه، فينبغي أن يستند القرار الهندسي إلى الأدلة المقاسة وتحليل ظروف الخدمة، لا إلى سماحية مفترضة على مستوى الصناعة بأكملها.

### التأثيرات في الكلال والتآكل والمتانة وعمر المكوّن

غالبًا ما يكون الكلال نمط الفشل الأكثر حساسية، لأن الشقوق تبدأ عند الأسطح أو بالقرب منها، حيث تتفاعل إجهادات الشد الدورية، والخشونة، والشوائب، ومواضع التركيز، والإجهاد المتبقي. ويمكن لطبقة منزوعة الكربون أن تخفض صلادة السطح ومقاومة الخضوع، وتزيد الانفعال اللدن الموضعي، وتغير تدرج الصلادة أسفل السطح. وتحت تأثير الانحناء أو الالتواء، قد تقع هذه الطبقة بالضبط في الموضع الذي يكون فيه الإجهاد المتناوب أعلى ما يكون. وقد تؤدي إزالتها إلى استعادة أداء الكلال فقط إذا ظلت الهندسة النهائية، وتشطيب السطح، والإجهاد المتبقي، والبنية المجهرية تحت السطح مقبولة.

يعتمد سلوك التآكل على ضغط التلامس، وظروف الانزلاق أو التدحرج، والتزييت، وقطاع الصلادة. فقد تتشوه طبقة فريتية لينة على جانب سن ترس، أو كامة، أو سكة، أو مرتكز عمود، أو مجرى محمل، أو تتمسح أو تلتحم احتكاكيًا أو تتآكل بسرعة. وفي التلامس التدحرجي، يمكن للانتقال بين منطقة سطحية لينة ومادة أصلب أن يركز الانفعال ويشجع على التنقر أو التقشر. وقد يجتاز المكوّن اختبار الشد، لكنه يفشل مبكرًا أثناء الخدمة لأن سطح التلامس يفتقر إلى الطبقة المقسّاة المحددة.

تعتمد عواقب المتانة الساكنة على فقدان القطاع وموقع العيب. ففي قطاع كبير منخفض الإجهاد، قد يكون تأثير منطقة سطحية ضحلة في مقاومة الشد القصوى محدودًا. أما في سلك نابضي صغير، أو جزء ذي جدار رقيق، أو حنية حادة، أو جذر سن مرتفع التحميل، فقد يستهلك العمق نفسه جزءًا كبيرًا من القطاع الحامل للحمل. وقد يخفض انخفاض الكربون الصلادة والمتانة موضعيًا، في حين يمكن أن يقلل التجليخ القطاع الصافي بدرجة إضافية. وقد يؤدي تغير هندسي يبدو طفيفًا بُعديًا إلى زيادة ملحوظة في تركيز الإجهاد.

ولذلك لا يمكن استنتاج عمر المكوّن من عمق إزالة الكربنة وحده. فدرجة الفولاذ، ومحتوى الكربون، وقابلية السبيكة للتقسية، والعمق المتأثر، وتدرج الصلادة، وإجهاد السطح، ونمط التحميل، ونسبة الإجهاد، وشدة موضع التركيز، والإجهاد المتبقي، والبيئة، وحساسية الفحص، كلها عوامل مهمة. وقد يكون التصرف الصحيح هو القبول، أو الإزالة وإعادة الفحص، أو إعادة المعالجة من خلال معالجة حرارية مؤهلة، أو خفض التصنيف، أو الرفض. وينبغي أن يوضح القرار الحالة التي جرى قياسها، والمتطلب الحاكم، وكمية المادة التي أزيلت، والأدلة التي تثبت أن المكوّن المتبقي — لا مجرد مظهره — قادر على أداء وظيفته طوال عمره المقصود.

## سير عمل للتحقيق وإعداد التقارير قائم على المعايير

ينبغي التحقيق في نزع الكربنة بوصفه مسألة مطابقة، لا بوصفه انطباعًا بصريًا. فطبقة القشور الداكنة، والشريط الفيريتي، وانخفاض الصلادة، وتدرج الكربون المقاس، ملاحظات مترابطة، لكنها ليست نتائج قابلة للاستبدال فيما بينها. ويجب أن يربط التحقيق بين متطلبات المنتج، والسطح الأصلي، وطريقة الفحص، والتعرض الحراري، وجو الفرن.

يحدد **ISO 3887:2023**، *الفولاذ — تحديد عمق نزع الكربنة*، ثلاث طرق لقياس عمق نزع الكربنة في منتجات الفولاذ. ويغطي **ASTM E1077-14(2021)**، *طرق الاختبار القياسية لتقدير عمق نزع الكربنة في عينات الفولاذ*، إجراءات الفحص الأولي، والفحص المجهري، وفحص صلادة الانطباق الدقيق، والتحليل الكيميائي. كما يورد **SAE J419\_201801**، *طرق قياس نزع الكربنة*، ممارسات موصى بها للفحص المجهري، والصلادة، والتحليل الكيميائي للمواد الحديدية. وتوفر هذه الوثائق طرقًا للفحص؛ لكنها لا تقرر، بمفردها، ما إذا كانت دفعة حرارية أو قضيب أو مطروقة أو صفيحة أو مكوّن نهائي معينًا مقبولًا.

### تحديد المسألة ومتطلبات القبول المنطبقة

ابدأ بتحديد ما يجب تقريره. وقد تشمل الأسئلة ما يلي:

- هل المادة منزوعة الكربنة بالكامل، أم منزوعة الكربنة جزئيًا، أم خالية من نزع كربنة قابل للقياس؟
- ما أقصى عمق مسموح به من السطح الأصلي؟
- هل ينطبق المتطلب على سطح واحد، أم جميع الأسطح، أم طول محدد لأخذ العينات، أم كامل الدفعة؟
- هل يُعبَّر عن الحد على شكل مسافة، أو تركيز للكربون، أو تغير في الصلادة، أو حد فاصل ميتالوجرافي، أو سماحية تشغيل مسموح بها؟
- هل يتعلق المتطلب بالمنتج المورَّد، أم بالمكوّن النهائي بعد الجلخ أو الخراطة أو السفع بالخردق أو أي إزالة سطحية أخرى؟

يجب أن يأتي الجواب من مواصفة الشراء الحاكمة، أو معيار المنتج، أو الرسم، أو مواصفة المعالجة الحرارية، أو وثيقة قبول العميل. سجّل التعيين والمراجعة بدقة. فعلى سبيل المثال، لا تُعرِّف المادة بأنها **AISI/SAE 1045** إلا عندما يكون هذا التعيين مدعومًا بسجلات المادة، كما يجب تعريف معيار المنتج بصورة مستقلة، مثل **ASTM A29/A29M**، عندما يكون هذا المعيار هو الحاكم للقضيب. لا تستبدل درجة محددة بدرجة اسمية مشابهة من حيث محتوى الكربون. فقد تكون **SAE J403 Grade 1045**، ومواصفة منتج صادرة عن ASTM، وتعيين درجة داخلي، متقاربة في التركيب الكيميائي، لكنها مختلفة في أحكام أخذ العينات أو المعالجة أو القبول.

ويحتاج التحقيق أيضًا إلى تعريف لكلمة «العمق». فقد ينتهي عمق نزع الكربنة الكلي عند اختفاء الأطوار الغنية بالكربون؛ بينما قد يمتد عمق نزع الكربنة الجزئي إلى النقطة التي يعود عندها مستوى الكربون أو البنية المجهرية إلى حالة القلب غير المتأثر. ويمكن لمسح الصلادة أن يُظهر انتقالًا دون أن يثبت الشكل الدقيق لتوزيع الكربون. وعلى العكس، يمكن للمقطع الكيميائي أن يحدد فقدان الكربون، في حين يجعل السطح المتحول أو المراجَع الحدَّ البنيوي المجهري أقل وضوحًا.

اكتب قاعدة القبول قبل فحص العينة. فإذا كان المتطلب ينص على «حد أقصى قدره 0.25 mm من نزع الكربنة الجزئي»، فلا ينبغي للتقرير أن يستبدل بذلك قيمة متوسطة، أو تقديرًا بصريًا، أو أعمق نقطة عُثر عليها في مقطع ذي اتجاه مختلف. وإذا لم يكن هناك معيار قبول، فأبلغ عن الحالة المقاسة وحدد قاعدة القرار المفقودة بدلًا من إعلان قبول المادة.

### اختيار طريقة الفحص وتوثيقها

حافظ على السطح الأصلي أثناء أخذ العينات. ضع علامة على السطح قبل القطع، وتجنب الجلخ أو ملامسة المواد الكاشطة بما قد يؤدي إلى إزالة الطبقة المتأثرة، وسجّل ما إذا كانت القشور أو الأكسدة أو الطلاء المعدني أو الطلاء السطحي أو بقايا السفع أو أضرار التشغيل موجودة. ولا يمكن لعينة مأخوذة بعد معالجة السطح أن تثبت عمق نزع الكربنة الأصلي ما لم تكن السماحية التي أُزيلت معلومة وموثقة.

يهم كل من موضع العينة واتجاهها. وبالنسبة إلى القضبان والأسلاك والأنابيب والصفائح والمطروقات، حدّد محور المنتج، والمقطع العرضي أو الطولي، والسطح الخارجي أو الداخلي، والركن، والحافة، والمسافة من الطرف. وأدرج المواضع التي يُحتمل أن تكون قد تعرضت لظروف مختلفة في الفرن، مثل السطحين العلوي والسفلي، والأركان المستديرة، والأطراف، أو المناطق المحجوبة بواسطة التجهيزات. وعندما تتعلق الشكوى بعيب موضعي، خذ العينة عبر الموضع المبلّغ عنه، واحتفظ، إن أمكن، بموضع مقارنة قريب غير متأثر. وسجّل عدد العينات وسبب اختيار كل موضع.

اختر الطريقة وفقًا للمسألة وقوة القرار المطلوبة. يوفر **ISO 3887:2023** ثلاث مقاربات للقياس؛ وينبغي أن يظهر في التقرير النهج المختار، والإصدار، والبند المنطبق. ويسمح **ASTM E1077-14(2021)** بالفحص الأولي، والفحص المجهري، وفحص صلادة الانطباق الدقيق، والتحليل الكيميائي. ويفيد الفحص الأولي في تحديد المناطق المشتبه فيها، لكنه لا ينبغي عرضه بوصفه نتيجة حاسمة عندما يكون حد القبول قريبًا من القيمة المقاسة. ويعيّن **ASTM E1077-14(2021)** التحليل الكمي الصارم أو التحليل الخطي بوصفه النهج الحاسم في حالات النزاع.

غالبًا ما يكون الفحص المجهري أول طريقة كمية عملية. جهّز مقطعًا عموديًا على السطح، وحافظ على الحافة، واذكر تسلسل القطع، والتثبيت، والجلخ، والتلميع، والحفر. وحدد مادة الحفر والتكبير المستخدم في الفحص. وينبغي للمشغّل أن يحدد معيار الحد الفاصل قبل القياس: اختفاء البرليت أو المكونات الأخرى الغنية بالكربون، أو تغير مورفولوجيا الفريت، أو عتبة محددة للصورة، أو معيارًا آخر تفرضه المواصفة المختارة. وأبلغ عما إذا كانت النتيجة تمثل نزع الكربنة الكلي، أو نزع الكربنة الجزئي، أو كليهما.

توفر صلادة الانطباق الدقيق ملفًا للصلادة، وليس تحليلًا مباشرًا للكربون. اذكر نوع رأس الانطباق، وقوة الاختبار، والمسافة بين الانطباعات، والمسافة من السطح، واتجاه مسح القياسات، وحالة المعايرة، والقاعدة المستخدمة لتحديد الانتقال. وقد تؤدي الانطباعات الموضوعة قريبًا جدًا من الحافة، أو المتقاربة أكثر من اللازم، أو الواقعة عبر حد بنيوي مجهري شديد الانحدار، إلى تشويه النتيجة. كما تتأثر الصلادة بحجم الحبيبات، وتحول الأطوار، والمراجعة، والإجهاد المتبقي، والأوستنيت المحتجز؛ ولذلك ينبغي ربط انخفاض الصلادة بالفحص المجهري.

قد يلزم التحليل الكيميائي عندما يتعلق النزاع بتركيز الكربون لا بحد فاصل مرئي. اذكر التقنية، وزيادة أخذ العينات، والمساحة أو الكتلة التي جرى تحليلها، والاستبانة العمقية، ومادة المعايرة، وحد الكشف، وما إذا كانت النتيجة تمثل نقطة، أو متوسطًا طبقيًا، أو ملفًا معاد بناؤه. ولا يمكن لتدرج كربون مقاس باستخدام طبقات خشنة أن يدعم ادعاءً بعمق دقيق.

تُعد سجلات المعايرة والتحضير جزءًا من النتيجة. سجّل تعريف الجهاز، وتاريخ المعايرة، والمعايير المرجعية، والتحقق من التكبير، والتحقق من الصلادة، واسم المحلل، وعدم اليقين في القياس أو قابلية التكرار. وقِس حقولًا أو مسارات متعددة عندما تسمح المواصفة وخطة القبول بذلك، وأبلغ عن القيم الفردية، والمتوسط، والمدى، والقيمة القصوى عندما تكون لكل منها دلالة مختلفة في اتخاذ القرار.

### ربط سجلات الفرن بالأدلة الميتالورجية

إن المنطقة السطحية المقاسة دليل على الحالة النهائية للمادة، وليست تفسيرًا كاملًا لمنشئها. راجع التاريخ الحراري الكامل: تعريف الفرن، ورقم الشحنة، ونمط التحميل، ومعدل التسخين، ودرجة حرارة الأوستنة أو التلبيد، وزمن المكوث، وزمن النقل، وظروف التبريد، وأي عملية إعادة تسخين أو تطبيع. وطابق هوية العينة مع مخطط الفرن وسجل تتبع المنتج. فسجل الفرن للتاريخ الصحيح، ولكن للشحنة الخطأ، لا يُعد دليلًا داعمًا.

يجب قراءة بيانات الجو مع درجة الحرارة والزمن. يحدد مرجع ASM، *ضوابط جو الفرن في المعالجة الحرارية*، تركيز بخار الماء، وتركيز ثاني أكسيد الكربون، والضغط الجزئي للأكسجين، بوصفها متغيرات تُستخدم للتحكم في جهد الكربون داخل الفرن ومنع نزع الكربنة. ويصف ملحق *2704CP Handbook supplement* الصادر عن Eurotherm الاستدلال الشائع على جهد الكربون انطلاقًا من قياسات الأكسجين بواسطة مسبار الزركونيا، مقترنة بدرجة حرارة الفرن ومحتوى أول أكسيد الكربون، أو انطلاقًا من قياس نقطة الندى. سجّل قيم المستشعر الفعلية، وأحداث الإنذار، وفحوص المعايرة، واستعادة المسبار لأدائه، وتدفق الغاز، وأعطال المستشعر المعروفة؛ ولا تتعامل مع قيمة الضبط في وحدة التحكم بوصفها دليلًا على جو الفرن عند الحمل.

الآلية مترابطة. ينتشر الكربون عبر الحديد الأوستنيتي باتجاه سطح تنخفض عنده فعالية الكربون بسبب تفاعلات تتضمن غازات الفرن الحاملة للأكسجين. وتسهم حركية التفاعل السطحي، ومسافة الانتشار، ودرجة الحرارة، وزمن التعرض، وجهد الكربون، جميعًا في النتيجة. وتصف NIST منطقة نزع الكربنة بأنها فقدان للكربون والأطوار الغنية بالكربون بالقرب من السطح عندما يتفاعل كربون السطح مع الأكسجين لتكوين أول أكسيد الكربون أو ثاني أكسيد الكربون الغازيين. كما يمكن لبخار الماء في أجواء **N2/H2** أن يسبب نزع الكربنة؛ إذ تورد إرشادات التلبيد الصادرة عن Linde في عام 2023 قاعدة إرشادية تجريبية مفادها أن هيدروجينًا بنسبة تقل عن 5% حدَّ من معدلات الكربنة ونزع الكربنة في الظروف المذكورة، وليس قاعدة عامة للأفران.

لا تستطيع درجة الحرارة وحدها تفسير كل نتيجة. فقد وجدت دراسة نُشرت عام 2021 في *Journal of Materials Research and Technology*، على فولاذ زنبركي **Fe-0.6C-1.8Si-0.8Mn** اختُبر عند درجات حرارة من 700 إلى 1000 °C، أن سُمك الفريت منزوع الكربنة ازداد حتى نحو 800–825 °C ثم انخفض بعد ذلك. ولذلك يجب النظر إلى الانتشار والأكسدة معًا.

ينبغي أن يتضمن التقرير هوية العينة والدفعة الحرارية أو رقم الدفعة؛ والدرجة والمواصفة الحاكمة؛ وحالة السطح الأصلي؛ وموضع أخذ العينة واتجاهها؛ والفرن والتاريخ الحراري؛ وسجلات الجو؛ ومعيار الفحص والبند المنطبق؛ وتفاصيل التحضير؛ ومعايرة الجهاز؛ ومسار القياس أو الملف الكيميائي؛ وعمقي نزع الكربنة الكلي والجزئي؛ وعدم اليقين وقابلية التكرار والقيود؛ والصور الفوتوغرافية أو الخرائط؛ والمقارنة مع متطلبات القبول؛ وأساس قرار التصرف النهائي.

سير العمل القابل للتكرار مباشر: حدِّد الدرجة والتاريخ الحراري، وحافظ على السطح الأصلي، واختر المواقع والاتجاه، ووثِّقهما، واختر طريقة وفقًا لمعيار ISO أو ASTM أو SAE، وحدِّد معايير التحضير والقياس، وقارن المظهر الجانبي المقاس بالمتطلب المعتمد، واربط النتيجة بسجلات الغلاف الجوي ودرجة الحرارة والوقت والمستشعرات. ولا ينبغي قبول المادة أو إعادة تشغيلها أو إخضاعها لفحص إضافي أو رفضها إلا بعد ذلك.

## المراجع

1. \[1\] International Organization for Standardization. [Steels — Determination of the depth of decarburization](https://www.iso.org/standard/86689.html). ISO standard, 2023. [](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85#wiki-cite-ref-1) https://www.iso.org/standard/86689.html
2. \[2\] ASM International. [Furnace Atmosphere Controls in Heat Treating](https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/8/chapter-abstract/106617/Furnace-Atmosphere-Controls-in-Heat-Treating). ASM Handbook, 2013. [](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85#wiki-cite-ref-2) https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/8/chapter-abstract/106617/Furnace-Atmosphere-Controls-in-Heat-Treating
3. \[3\] Linde. [Sintering of steels](https://static.prd.echannel.linde.com/wcsstore/EE_REN_Industrial_Gas_Store/pdf/Sintering-of-steels-brochure-EN.pdf). Linde technical guidance, 2023. [](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85#wiki-cite-ref-3) https://static.prd.echannel.linde.com/wcsstore/EE\_REN\_Industrial\_Gas\_Store/pdf/Sintering-of-steels-brochure-EN.pdf
4. \[4\] ASTM International. [Standard Test Methods for Estimating the Depth of Decarburization of Steel Specimens](https://store.astm.org/e1077-14r21.html). ASTM standard, 2021. [](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85#wiki-cite-ref-4) https://store.astm.org/e1077-14r21.html
5. \[5\] ASTM International. [Standard Test Methods for Estimating the Depth of Decarburization of Steel Specimens](https://store.astm.org/e1077-14r21.html). ASTM standard, 2021. [](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D9%86%D8%B2%D8%B9-%D8%A7%D9%84%D9%83%D8%B1%D8%A8%D9%86%D8%A9-%D9%85%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D8%A3%D8%B3%D8%A8%D8%A7%D8%A8-%D9%88%D8%A7%D9%84%D9%82%D9%8A%D8%A7%D8%B3-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%AD%D9%83%D9%85#wiki-cite-ref-5) https://store.astm.org/e1077-14r21.html

 **لمحة سريعة**

الظاهرة الأساسية

فقدان الكربون أو الأطوار الغنية بالكربون بالقرب من السطح

المنطقة المتأثرة

المنطقة المنزوعة الكربون

المنتجات الغازية الشائعة

CO وCO₂

العوامل الرئيسية المتحكمة

نشاط الكربون، وكيمياء الغلاف الجوي، والانتشار، ودرجة الحرارة، والزمن، وطريقة الاختبار

 [العودة إلى المعالجة الحرارية](/ar/ويكي/المعالجة-الحرارية "المعالجة الحرارية — Steel Wiki")