۳۰۰ 
۵۰۰⚊ 
کربن را می توان مهمترین عنصر غیر فلزی دانست که درون فولاد وجود دارد و مقدار آن باعث ایجاد تغییرات زیادی در خواص فولادهای تولیدی می گردد. در اکثر موارد لازم است تا میزان کربن موجود در فولاد به دقت بررسی و در صورت نیاز کم یا زیاد شود.
به فرایندی که در آن با اضافه کردن کربن به سطح فولاد کم کربن، مقدار کربن آن افزایش می یابد کربن دهی گفته می شود. این فرایند معمولا در محدوده ی دمایی ۸۵۰ تا ۹۵۰ درجه سانتیگراد صورت میگیرد. در این محدوده ی دمایی فولاد ساختار آستنیتی دارد که حلالیت آن نسبت به کربن در بالاترین حد قرار دارد. هنگامی که فولاد در این دما برای مدت زمانی مشخص در تماس با مواد دارای کربن قرار می گیرد اتم های کربن آزاد شده از آن ماده جذب فولاد می شود و به داخل آن نفوذ می کند. بدین ترتیب سطح کربن فولاد افزایش می یابد. هر چند مقدار افزایش کربن در فولاد ممکن است یکنواخت نباشد و سطح فولاد مقدار کربن بیشتری نسبت به مغز آن داشته باشد.
تصویر شماره ۱ - پروسه ی کربن دهی فولاد
آنچه در این مقاله مطالعه خواهید کرد:
فولاد سمانتاسیون
فولاد سمانتاسیون نوعی فولاد کربنی ساده و کم آلیاژ است که به روش های مختلف سطح آن با کربن دهی سخت شده است. این فولاد لایه ای سطحی سخت با میکروساختار مارتنزیتی و مغزی نرم و مقاوم به ضربه با ساختار مارتنزیتی یا پرلیتی و فریتی دارد. سطح فولادهای سمانتاسیون در برابر سایش و سختگی از مقاومت بالایی برخوردار است.
روش های کربن دهی فولاد
کربن دهی به فولاد به روش های مختلفی انجام می شود که برخی از آن ها عبارتند از:
- کربن دهی جامد یا پودری
- کربن دهی مایع یا کربن دهی در حمام نمک
- کربن دهی گازی
- کربن دهی در خلا
- کربن دهی پلاسما
تقسیم بندی های فوق بر اساس محیط کربن دهی و همچنین ماده ای که برای کربن دهی استفاده می شود صورت گرفت است. از بین روش های عنوان شده در کشور ما بیشتر از سه روش کربن دهی جامد، مایع و گاز استفاده می شود.
کربن دهی جامد
در کربن دهی پودری یا جامد قطعات فولادی به همراه مواد کربن ده جامد در یک جعبه فولاد از جنس فولاد نسوز که به آن جعبه سمانتاسیون گفته می شود قرار می گیرد. سپس جعبه به وسیله مواد نسوز مانند خاک رس کاملا از محیط بیرون جدا شده و تا دمای ۸۷۵-۹۲۵ درجه سانتیگراد حرارت داده می شود. جعبه برای مدتی مشخص در این دما باقی می ماند. از طریق واکنش های شیمیایی که داخل جعبه اتفاق می افتد گاز CO تشکیل می شود. این گاز در سطح فولاد تجزیه شده و تولید اتم کربن می کند. در ناحیه تک فازی آستنیت اتم های کربن به سطح فولاد جذب می شوند و سپس به داخل آن نفوذ می کنند.
کربن دهی مایع
در کربن دهی مایع قطعات فولادی در حمام مذاب که از سیانید اشباع است در دمای بین ۸۵۰-۹۵۰ درجه سانتیگراد وارد می شود و برای مدتی مشخص در این شرایط باقی می ماند. با این کار و در اثر واکنش های شیمیایی مختلفی که اتفاق می افتد نیتروژن و منواکسید کربن در سطح فولاد آزاد می شوند. با تجزیه منواکسید کربن به کربن اتمی، کربن و نیتروژن اتمی در سطح فولاد جذب و به درون آن نفوذ می کنند.
کربن دهی گازی
در این روش فولاد در دمای ۹۰۰ درجه سانتیگراد در محیطی شامل انواع گازها که بتوانند در سطح فولاد تجزیه شده و تولید کربن اتمی کنند نگه داشته می شود.
گازهای استفاده شده در این فرایند گازهای کربن زا و گاز اندوترمیک موسوم به گاز حامل استفاده می شود. گاز کربن زا گاز طبیعی یا متان است ولی می توان از سایز هیدروکربن ها مثل اتان و یا پروپان نیز استفاده کرد.
مقدار سختی سطح فولاد سمانته
سختی سطحی فولاد سمانته تابعی از درصد کربن آن است. با فزایش کربن به بیش از ۰.۵ درصد کربن اضافی تاثیر چندانی بر افزایش سختی فولاد ندارد. به همین دلیل کربن سطح را محدوده ی بین ۰.۸ درصد تا ۱ درصد نگه می دارند. مقدار ۰.۹ درصد بسیار متداول است.