سیانوردهی

سیانوردهی ، یا سیانوراسيون ، (به انگلیسی:cyaniding) اشباع همزمان سطح فولاد از کربن و نيتروژن است .این عمل برای افزایش سختی سطح قطعات فولادی استفاده می شود. به عبارتی این عملیات کربونایترایدینگ است با این تفاوت که در فاز مایع انجام می شود. این عملیات شامل گرم کردن قطعه، در حمامی از نمکهای سیانور می باشد. با این عملیات ، می توان سطح قطعه را از کربن و نیتروژن و یا کربن تنها اشباع کرد. سیانوردهی معمولا بر روی اجسامی انجام می گیرد که فرسایش ضخامت کمی از سطحشان ، آنها را غیر قابل استفاده می نماید ، نظیر چرخ دنده ها که در اثر فرسایش کمی از سطح ایجاد سر و صدای زیادی نموده و غیر قابل استفاده می گردند. کربن فولادهایی که برای سیانوردهی به کار می روند، بین ۰.۲تا ۰.۴ درصد تغییر می کند. برای رقیق کردن سیانور، از کربنات های قلیایی و کلریدها استفاده میشود. ضخامت قشر سیانوره به ندرت از ۰.۲۵ میلیمتر تجاوز می کند.^[۱]^[۲] en:cyaniding

حمام های سیانوردهی[ویرایش]

در سیانوردهی ، عامل کربن ده سیانورهای قلیایی (NaCN و KCN) می باشند. اگر مقدار سیانور حمام از ۴۵ درصد بیشتر باشد ، پس از گرم شدن ، خیلی سریع اکسیده می شود و در نتیجه ، سیانوردهی نامنظم خواهد بود. لذا برای آنکه سیانور به سرعت از بین نرود، حدود ۲۰ درصد سدیم کلرید و ۳۵ درصد سدیم کربنات ، به نمک مذاب اضافه میکنند. در بعضی از موارد، برای سیانوردهی قطعاتی که دقیق تر هستند، مقداری استرانسیم کلرید ، برای ثابت نمودن سیانور ، به محلول می افزایند. برای کربن دهی قطعات خیلی نازک ، تاحدود چند دهم میلیمتر، قطعه را می توان مستقیما آب داد. وجود کربنات ها باعث می شود که نفوذ کربن در قشرهای بعدی سریع تر گردد. کلریدها نیز سطح فلز را پاک نموده و به این ترتیب فرآیند نفوذ را تسهیل می نمایند.

باید توجه داشت که پس از سیانوردهی، مقداری نمک در روی قطعه باقی می ماند که در حقیقت از دست می رود در نتیجه بهای عمل گران تر تمام می شود. برای رفع این مشکل، حمام بایستی دارای سیالیت کافی باشد. برای این منظور، املاح سدیم و پتاسیم هر دو را به حمام نمک سیانور می افزایند.

علاوه بر نمکهای مذکور، مقداری از نمکهای دیگر را ، به عنوان فعال کننده ، به حمام سیانوردهی اضافه می نمایند. اگر منظور تنها کربن دهي باشد، به نمک مقداری کلرید باریم افزوده می شود ولی اگر لازم باشد در عین حال مقداری نیتروژن نیز در قطعه نفوذ نماید، به حمام سولفوسيانور يا سیانات اضافه می شود، به طور کلی ، مقدار سیانور در حمام سیانوردهی ، نسبت به مقدار آن در حمام کربن دهی سیانوراسیون ، بالاتر است. حداکثر عمق نفوذ بدست آمده در اثر عملیات سیانوراسیون، ۰.۲۵ میلیمتر است ولی حداکثر قابل دسترسی در اثر کربن دهی در حمام مایع سیانوردهی، به حدود ۶.۵ میلیمتر می رسد.

ترکیب نمکها به دمای عمل وابسته می باشد. در درجه حرارتهای ۸۸۰ و ۹۰۰ درجه سانتیگراد ، عمل جذب ، شامل کربوراسیون تنها بوده و در سایر دماها ، نیتروژن نیز در جسم نفوذ می نماید که بر روی سختی سطحی و مقاومت قطعه مؤثر است. ترکیب حمام های مختلف ، برای چند درجه حرارت عمل ، داده شده است:

درجه حرارت عمل و ترکیب درصد حمامهای مختلف سیانوردهی
درجه حرارت عمل °C					نمک
۹۰۰-۹۲۵	۹۰۰	۸۸۰	۸۲۰-۸۴۰	۶۸۰-۷۰۰	نمک
۶-۱۶	۲۵	۱۵	۲۷	۲	NaCN
-	-	-	-	۲	KCN
۰-۲۰	۲۵	-	۲۷	۴۴	NaCl
۰-۲۰	-	۱۵	-	۴۴	KCl
۳۰-۵۵	۲۵	۴۵	-	-	BaCl₂
حداکثر۳۰	۲۵	۲۵	۲۵	-	Na₂CO₃
-	حداکثر۱	حداکثر۱	۵	۸	KOCN
-	حداکثر۰.۵	حداکثر۰.۵	حداکثر۱	حداکثر۱	NaSCN

چون با تجزیه سیانور، مقدار آن در نمک به تدریج کم می شود، لذا باید ترکیب حمام را مرتبا کنترل کرده و در فواصل زمانی معین، سیانور را بدان اضافه کرد. سطح حمام را باید با لایه ای از ذرات ریز گرافیت پوشانید تا از تولید گاز و خروج آن از حمام جلوگیری شود. این عمل همچنین باعث می شود تا مقدار از دست رفتن گرما در اثر تشعشع کاهش یابد.

درجه حرارتهای عمل در سیانوردهی[ویرایش]

از نقطه نظر درجه حرارت عمل ، می توان سیانوردهی را به سه دسته تقسیم کرد:

الف - سیانوردهی در درجه حرارت پایین[ویرایش]

این عملیات در حد وسیعی بر روی میل لنگ ها، چرخ دنده ها و امثال آنها انجام می شود. این نوع سیانوردهی در دمای حدود ۵۷۰ درجه سانتیگراد صورت می گیرد و مدت زمان عمل ، بین ۳۰ دقیقه تا ۳ ساعت می تواند تغییر کند. لوله ای هوای خشک را وارد محلول می کند، جنس این لوله و بوته سيانوراسیون از تیتانیم است.

سیانوردهی در درجه حرارت پایین ، موجب نفوذ نیتروژن بیشتری می شود، زیرا در درجه حرارتهای پایین ، آهن در حالت α بوده و تقریبا قادر به حل کربن در خود نیست. در این حالت ، قشر سیانوره قطعه از دو ناحیه تشکیل شده است. در سطح ، یک قشر کربونایتراید نازک (حدود ۷۱۵ میکرون) به وجود می آید. پس از این قشر، ناحیه محلول جامد نیتروژن در آن دیده می شود. ضخامت کلی این قشر در حدود ۰.۵ تا ۱ میلمتر تغییر می کند. و سختی سطحی در اثر سیانوردهی فولادهای کربنی ، تا حدود ۲۵۰ الی ۳۰۰ ویکرز بالا می رود، ولی در فولادهای آلیاژی ، تا حدود ۶۰۰ الی ۱۱۰۰ ویکرز می رسد. در اثر این عملیات ، حد خستگی قطعه به مقدار زیادی بالا رفته و حساسیت به ترک نیز کم می شود.

باتوجه به مشکل محیط زیست و هزینه روز افزون کاربرد روشهای سیانوردهی ، روشی بنام Sursulf توسط یک شرکت فرانسوی بنام Hydroine Chanique et Frottement ثبت و ارایه شده است که در آن ، از حمام نمک کربونایترایدینگ بدون سيانور استفاده می شود. در این روش ، مقداری گوگرد، برای تسریع در انجام عملیات ، به حمام اضافه می شود. عملیات در حدود ۵±۵۶۵ درجه سانتیگراد انجام می گیرد. این حمام بر مبنای سیانات و کربنات لیتیم ، سدیم و پتاسیم به همراه مقدار کمی پتاسیم سولفید (KS) می باشد. برای به هم زدن مذاب و تشدید فعالیت واکنش ها، هوای خشک توسط یک لوله ، به درون مذاب دمیده می شود. در هنگام اجرای عملیات، سیانات در سطح فولاد تجزیه شده، CO و نیتروژن نوزاد تولید میکند که در نتیجه کربن و نیتروژن جذب سطح فولاد شده و سپس به درون قطعه نفوذ می کنند. در این عملیات ، مقداری سیانور تولید می شود که توسط اکسیژن هوا به سیانات تبدیل می شود:

${\ce {2CN^{-}{+}O2 -> 2 CNO^{-}}}$

ترکیب درصد کلی یک حمام Sursulf
-S²	⁺Li	⁺Na	⁺K	-CO₃²	^-CNO₂	^-CN	يون
۲-۱۰	۱.۲۵±۰.۲	۲۰±۲	۲۴.۵±۲	۱۹±۲	۳۶±۲	≤۰.۸	غلظت(ppm)

ب - سیانوردهی در درجه حرارت متوسط[ویرایش]

برای بدست آوردن یک قشر سیانوره با ضخامت کم (حدود ۰.۲۵-۰.۳۵ میلیمتر)، عملیات در دمای حد واسط (۸۶۰ - ۸۲۰ درجه سانتیگراد) و در حمام هایی با ترکیب در صد زیر انجام می گیرد:

درصد نمک ها در حمام سیانوردهی دمای متوسط
Na₂CO₃	NaCl	NaCN	نمک
۲۵-۵۰	۲۵-۵۰	۲۰-۲۵	درصد

مدت زمان عمل، وابسته به ضخامت قشر مورد نظر می باشد.

حدود زمان لازم برای عملیات سیانوردهی ، بر حسب ضخامت قشر سیانوره
0.40	0.30	0.25	0.20	0.15	0.1	ضخامت قشر سيانوره به ميليمتر
120	90	60	40	20	10	زمان عمليات به دقيقه

در جریان عملیات سیانوردهی ، سیانور سدیم بر حسب مقدار اکسیژن هوا به طريق زیر اکسید می شود:

${\ce {2Na2CN + 3.2O2 -> CO3Na2 + C +2N}}$

${\ce {2NaCN + 2O2 -> CO3Na2 + CO +2N}}$

در این حالت ، چون شبکه های بلوری فولاد شامل مخلوطی از آهن α و γ می باشد، مقدار کربن حل شده ، نسبت به حالت قبل ، بیشتر خواهد بود. لذا در سطح فلز ، در عین حال ، نیترید و کاربید، هر دو وجود خواهند داشت. نسبت N/C با افزایش دمای عمل کم می شود.

در نتیجه عملیات سیانوردهی در دمای متوسط، مقدار کربن قشر سیانوره از مقدار کربنی که با عملیات سمانتاسیون به دست می آید، (۰.۶-۰.۷ در صد کمتر است، ولی درصد نیتروژن در قشر سیانوره به حدود ۰.۸-۱.۲ در صد می رسد. انجام عملیات سیانوردهی در دمای متوسط (۸۶۰- ۸۲۰ درجه سانتیگراد) امکان می دهد تا قطعه مستقیما آبداده شود. آب دادن قطعه معمولا با یک برگشت در دمای پایین ( ۱۸۰ - ۲۰۰ درجه سانتیگراد) همراه است. سختی قشری که عملیات فوق بر روی آن انجام شده، در حدود HRC ۵۸ - ۶۲ خواهد بود. این نوع سیانوراسیون معمولا بر روی قطعات کوچک صورت می گیرد و در صنایع اتومبیل سازی بر روی پیچ بی انتهای فرمان ، مهره ها، محورهای کوچک و امثال آنها انجام می شود.

ج - سیانوردهی در درجه حرارت بالا[ویرایش]

برای آنکه بتوان یک قشر سیانوره با ضخامت بیشتری به دست آورد (در حدود ۰.۵-۲ میلیمتر) ، عملیات در درجه حرارت بالاتر (حدود ۹۶۰ - ۹۳۰ درجه سانتیگراد) انجام می گیرد. در این حالت ، سیانوردهی معمولا دارای ترکیبی در حدود زیر می باشد

درصد نمک های محلول در حمام در سیانوردهی دما بالا
NaCl	BaCl₂	NaCN	نمك
۱۰	۸۲	۸	درصد

برای جلوگیری از اتلاف شدید حرارت و سوختن سیانور، دراین حالت، دیواره حمام دارای پوششی از گرافیت می باشد. مدت نگهداری در حمام سیانوردهی معمولا بین ۱.۵ تا۶ ساعت در نظر گرفته می شود. در این حالت، واکنشها در حمام سیانوراسیون به صورت زیر خواهد بود:

${\ce {BaCl2 + 2NaCN -> 2 NaCl + Ba(CN)2}}$

${\ce {Ba(CN)2 -> BaCN2 + C}}$

${\ce {BaCN2 + O2 -> BaO + CO + 2N}}$

کربن و نیتروژن حاصله از این واکنشها، در داخل فولاد نفوذ می کنند. در درجه حرارتهای بالا، سطح فولاد از کربن بیشتری اشباع می شود (۱.۲-۰.۸ درصد). به این جهت ، خصوصیات قشر سیانوره در این حالت، به خصوصیات قشر سمانته نزدیک تر است . با این تفاوت که ساختار قشر سمانته ای که در اثر این عملیات به دست می آید، از ساختار قشر سمانته تنها، باوجود یک قشر نازک از فاز کربونیترید (به ضخامت ۰.۰۳-۰.۰۲ میلیمتر)، قابل تشخیص است. پس از سیانوردهی ، قطعات را در هوا سرد نموده ، سپس آنها را در حمام نمکی با در کوره گرم کرده و آب میدهند. پس از آب دادن، قطعه را در درجه حرارت پایین بازگشت میدهند. در این عملیات، بندرت ممکن است قطعه را بلافاصله پس از خروج از حمام سیانوراسيون اب داد ، زیرا در درجه حرارت بالای سیانوراسیون (۹۶۰ - ۹۳۰ درجه سانتیگراد) دانه های آستنيت درشت می شوند و لذا آب دادن مستقیم (با سرد کردن سریع قطعه تا دمای آبدهی قطعه خطرناک می باشد. برای ریزکردن دانه های گرم کردن دوباره قطعه ، ضروری است. در صنایع ، این نوع سیانوراسيون به طور وسیعی به جای سمانتاسیون بکار میرود.

به طور کنی ، مقدار کربن و نیتروژن جذب شده توسط فولاد، اساسا به مقدار سیانور و دمای حمام بستگی دارد. با افزایش مقدار سیانور موجود در حمام ، از ۱۰ تا ۵۰ درصد، غلظت کربن نیز در سطح قطعه زیاد می شود، در حالی که غلظت نیتروژن آن کاهش می یابد. غلظت کربن با بالا رفتن دمای عمل، افزایش می یابد ولی غلظت نیتروژن کم میشود.

مزایا و معایب سیانوردهی[ویرایش]

مزایای سیانوردهی ، نسبت به سمانتاسیون، به قرار زیر است:

زمان لازم برای به دست آوردن یک ضخامت معین کمتر است.
تغيير شكل و كج شدن قطعاتی که دارای اشکال پیچیده ای می باشند، خیلی کمتر است.
قطعه دارای مقاومت به خوردگی و مقاومت به فرسایش بهتری خواهد بود.
اگر جسم قبل از سیانوردهی صیقلی شده باشد، پس از سیانوردهی با سرد کردن سریع قطعه، سطح جسم شفاف و خوشرنگ می گردد.

با افزودن کمی از نمکها در آب ، سطح جسم را می توان رنگی کرد. این نمکها معمولا نیتراتها و اغلب سدیم نیترات به مقدار ۲.۵-۱.۵ درصد است. باید دقت کرد که نیتراتها و سیانورها اشتباها با یکدیگر مخلوط نشوند، زیرا ایجاد انفجار میکنند.

عيب سیانوراسیون ، قیمت تمام شده بالا و نیز مضر بودن سیانور و لذا لزوم ایجاد تشکیلات جدی ، برای حفاظت افراد و محیط زیست ، می باشد.^[۳]^[۴]

شرایط ایمنی در کارگاههای سیانوردهی[ویرایش]

باوجود آنکه مقداری سیانوری که در صنایع متالورژی به کار می رود بالاست، تجربه نشان داده است که در این کارگاهها، رعایت بعضی احتیاط های اولیه و بهداشتی بسیار ضروری است.^[۵]

در هنگام عملیات، در بوته سيانوراسیون، سیانور تجزیه شده و تولید دود میکند. این دود کربنات سدیم بوده و خطرناک نیست. شرایط ایمنی و مواردی که در یک کارگاه سیانوردهی باید مورد توجه قرار گیرد عبارتند از :

انفجارهای کوچکی که موقع فروبردن قطعه سيانوره در آب (برای آب دادن) رخ می دهد، خطرناک نیستند. برعکس ، قطعه ای که وارد حمام سیانوردهی می شود، باید کاملا خشک باشد، و الا ورود قطرات آب ، یا رطوبت ، باعث انفجار و پاشیده شدن نمکها به بیرون می شود.
باید بر روی ظرفهای محتوی سیانور سدیم نوار قرمز چسبانده و روی آن کلمه «سم» نوشته شود. همچنین ورود و خروج کارگران غير مسئول به محیط کارگاه ممنوع باشد.
باید احتیاط کرد که در هیچ شرایطی املاح حمامهایی که در آنها اعمال بازگشت انجام می شود، و عموما نيترات ها می باشند، با املاح حمام سیانور مخلوط نشوند، و الا باعث ایجاد انفجار و پاشیده شدن نمکها به خارج خواهد شد.
سیانوردهی در درجه حرارت بالا، موجب تحریک مخاط بینی و گلو می گردد، لذا باید تهویه کارگاه توسط وانتیلاتور های قوی و به طور کامل ، انجام شود
سیانور ، در مجاورت اسید، تولید اسید سیانیدریک می نماید که اگر توسط ریه ها جذب شود، موجب مسمومیت بسیار شدیدی خواهد شد. لذا هرگز نباید نمکهای سیانوردار را در مجاورت اسیدها قرار داد، بلکه لازم است آنها را در محیط های قلیایی نگهداری کرد.
کارگرانی که با سیانور کار میکنند، باید دستکش به دست داشته باشند و هیچ گونه زخم یا خراشی در سطح بدن آنها وجود نداشته باشد.
دستکش محافظ نیتریل برای کار در کارگاه سیانوردهی
کارگرانی که در این کارگاه ها کار می کنند، باید تحت مراقبت پزشکی قرار گیرند و هر چند وقت یک بار عوض شوند.
در صورت مشاهده مسمومیت ، باید بلافاصله مراتب به پزشک اطلاع داده شود.
کارگاه باید دارای لوازم کمکهای اولیه برای کمک به مسمومین باشد. مهم ترین این لوازم عبارتند از وسایل ضروری برای تنفس مصنوعی - آمپول آمیل نیتریت، آمونیوم تیوسولفات نیم لیتر محلول 1 هیپو سولفیت سدیم (که از قبل تهیه شده و در هر ماه تجدید میشود).^[۶]

منابع[ویرایش]

↑ مهدی طاهری. اصول عملیات حرارتی فولادها. دانشگاه تهران.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
↑ «سختکاری سطحی فولاد».صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
↑ ناصر توحیدی. احیا مستقیم فناوری تولید آهن اسفنجی. دانشگاه تهران.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
↑ «موسسه مبتکران شیمی».صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
↑ «شبکه اطلاع رسانی طلا».صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.
↑ اصول عملیات حرارتی فولاد ها. به کوشش سید مهدی طاهری. دانشگاه تهران.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.

منابعی برای مطالعه بیشتر[ویرایش]

Case Hardening
Surface Hardening of Steels
Case Hardening Steel and Metal
"MIL-S-6090A, Military Specification: Process for Steels Used In Aircraft Carburizing and Nitriding". United States Department of Defense. 7 June 1971. Archived from the original (PDF) on 29 August 2019. Retrieved 9 June 2020.صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.

This article "سیانوردهی" is from Wikipedia. The list of its authors can be seen in its historical and/or the page Edithistory:سیانوردهی. Articles copied from Draft Namespace on Wikipedia could be seen on the Draft Namespace of Wikipedia and not main one.

This page exists already on Wikipedia.

Facebook Page

Follow us on Twitter !

Read or create/edit this page in another language[ویرایش]

سیانوردهی in English

[1] مهدی طاهری. اصول عملیات حرارتی فولادها. دانشگاه تهران.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.

[2] «سختکاری سطحی فولاد».صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.

[3] ناصر توحیدی. احیا مستقیم فناوری تولید آهن اسفنجی. دانشگاه تهران.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.

[4] «موسسه مبتکران شیمی».صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.

[5] «شبکه اطلاع رسانی طلا».صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.

[6] اصول عملیات حرارتی فولاد ها. به کوشش سید مهدی طاهری. دانشگاه تهران.صفحه پودمان:Citation/CS1/fa/styles.css محتوایی ندارد.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]