دکربوره‌شدن فولاد به‌معنی خروج کربن از لایة سطحی آلیاژ حاوی کربن براثر واکنش با یک یا چند عامل شیمیایی در محیطی است که با سطح فولاد تماس دارد. این عیب می‌تواند حین پروسة تولید فولاد ایجاد شود و اگر با ماشین‌کاری مناسب رفع نشود، می‌تواند به قطعة نهایی منتقل شود [1]. همچنین در صورت عدم کنترل اتمسفر کوره حین عملیات حرارتی، احتمال ایجاد لایة دکربوره در سطح قطعه وجود دارد. دکربوره‌شدن سبب ناهمگن‌شدن محتوای کربن در ساختار قطعه خواهد شد. این ناهمگنی در محتوای کربن بر سختی، سختی‌پذیری و ریزساختار اثر می‌گذارد. ناحیة دکربوره شامل محتوای کربن پایین و فاز فریت است. با خروج کربن حین دکربوره شدن، فاز فریت باقی می‌ماند؛ ازاین‌رو، سختی این لایه کمتر از لایه‌های زیرین است .[2]
فرایند نیتروژن‌دهی به سختی و ریزساختار اولیه و نفوذ اتم نیتروژن وابسته است. ازاین‌رو، دکربوره شدن تأثیر مستقیمی بر سختی و ریزساختار لایة نیتروژن‌دهی دارد .دکربوره شدن یک عیب سطحی است و وجود لایة دکربوره از تشکیل یک لایة یکنواخت و باکیفیت نیتروژن‌دهی جلوگیری می‌کند [3]. دو پارامتر مهم در فرایند نیتروژن‌دهی زمان و دماست. مطالعات نشان می‌دهد این دو پارامتر در سطوح دکربوره‌شده و نشده دارای تأثیر یکسانی است. هم در سطح دکربوره‌شده و هم در سطح دکربوره‌نشده، افزایش زمان و دما باعث افزایش ضخامت لایة نیتروژن‌دهی می‌شود. [2]
ریزساختار سطح دکربوره + نیتروژن‌دهی‌شده شامل لایة سفید و یک لایة خاکستری است. لایة سفید سطح بالایی است و لایة خاکستری در مجاورت زمینه در زیر لایة سفید است. [4]
شکل1. تصویر میکروسکوپ نوری از سطح دکربوره + نیتروژن‌دهی‌شده (محلول اچ نایتال 4%)[4]
لایة ترکیبی در سطح دکربوره نسبت به سطح دکربوره‌نشده نازک‌تر، ناهمگن، متخلخل، و دارای ترک است. در زیر لایة ترکیبی سطح دکربوره‌شده دانه‌های فریتی بزرگی وجود دارد که کاملاً قابل‌تشخیص است. [5] لایة سفید در سطح‌های دکربوره‌شده حدود 30 درصد نازک‌تر از سطح دکربوره‌نشده است. تفاوت اصلی بین سطح دکربوره‌شده و سطح دکربوره‌نشده کمتربودن تشکیل کاربید و حضور فریت‌های درشت‌دانه است. [6]
به‌طورکلی، دکربوره‌شدن در طول عملیات حرارتی سختی و مقاومت در برابر سایش سطح را تا حد زیادی کاهش می‌دهد. درعین‌حال، سینتیک نیتروژن‌دهی را افزایش می‌دهد. کاهش سختی زمینه سبب کاهش سختی سطح پس از نیتروژن‌دهی می‌شود. ازاین‌رو در شرایط یکسان، نیتروژن‌دهی قطعة دکربوره‌شده عمق سختی مؤثر کمتری نسبت به قطعة دکربوره‌نشده دارد. [5]
منابع
[1] N. Tsuji (2021). “Advanced Thermomechanical Processing of Steels, Volume 4 of the ASM Handbook.,” Encycl. Mater. Met. Alloy., pp. 223–234, doi: 10.1016/B978-0-12-819726-4.00101-0.
[2] P. Visuttipitukul, C. Paa-Rai, and K. Hideyuki (2006). “Effect of decarburization on microstructure of DC-plasma nitrided H 13 tool steel,” J. Met. Mater. Miner., vol. 16, no. 2, pp. 1–7.
[3] D. Pye (2003). Practical NITRIDING and Ferritic Nitrocarburizing.
[4] I. Calliari, M. Dabalà, M. Zanesco, E. Bernardo, F. Olmi, and G. Vaggelli (2006). “Surface characterization of a decarburized and nitrided steel,” Microsc. Microanal., vol. 12, no. 4, pp. 335–339.
[5] I. Calliari, M. Dabalà, E. Ramous, M. Zanesco, and E. Gianotti (2006). “Microstructure of a nitrided steel previously decarburized,” J. Mater. Eng. Perform., vol. 15, pp. 693–698.
[6] F. Yan et al. (2021). “A novel decarburizing-nitriding treatment of carburized/through-hardened bearing steel towards enhanced nitriding kinetics and microstructure refinement,” Coatings, vol. 11, no. 2, p. 112.