الكربون في الحديد الزهر - السبب وراء حاجتنا إلى "الحديد الزهر الأبيض"

عند تحليل المعادن الحبيبية بواسطة شرارة OES من الطبيعي استخدام "شرارة مسبقة" أو "حرق مسبق" قبل إجراء القياس الفعلي. تتكون هذه الشرارة المسبقة من عدة آلاف من الشرارات عالية الطاقة، والغرض منها هو إذابة سطح العينة وبالتالي تجانسه قبل إجراء القياس نفسه. لسوء الحظ، في حال وجود شوائب جرافيتية حرة، فإن الشرارة المسبقة تؤدي إلى تسامي بعض أو كل الجرافيت قبل إجراء القياس الفعلي، مما يؤدي إلى انخفاض قيم الكربون. يمكن تصور هذا التأثير من خلال فحص منطقة الشرارة المسبقة تحت المجهر.

بالنسبة لأخذ عينات من المعادن المنصهرة، يجب أولاً التأكد من أن عينة التحليل يمكن أن تمثل التركيب الكيميائي المتوسط للمصهور أو المنتج الذي تم أخذ العينات منه، أي يجب أن يكون لعناصر العينة تجانس جيد؛ ثانيًا، يجب أن تزيل العينة الملوثات مثل الطلاء والرطوبة والغبار أثناء المعالجة، ويجب أيضًا تجنب المسام والشقوق والرخاوة والنتوءات والطيات أو عيوب السطح الأخرى؛ أخيرًا، عندما تبرد العينة، يجب الحفاظ على اتساق تركيبها الكيميائي وبنيتها المعدنية. على سبيل المثال، يجب أن تولي عينات الحديد الزهر الاهتمام لمشكلة الصب الأبيض. يعني الصب الأبيض أنه تحت التبريد السريع، يوجد عنصر الكربون في الحديد الزهر في البنية المعدنية على شكل سمنتيت (كربيد Fe3C)، ويكون كسره أبيض ساطعًا، لذلك يُطلق عليه بنية الحديد الزهر الأبيض. بعد معالجة الحديد الزهر الأبيض، يوجد عنصر الكربون في البنية المعدنية على شكل كربيد (Fe3C)، بدون كربون الجرافيت؛ يتم توزيع عنصر الكربون بشكل أكثر توازناً في هيكل الحديد الزهر الأبيض على شكل كربيد (Fe3C)، دون فصل، مما يلبي متطلبات التحليل الطيفي المباشر للقراءة الضوئية للعينات.

إذا كانت درجة الصبغة البيضاء ضعيفة، فستكون نسبة الكربون والكبريت المُحللة أعلى. لذلك، كلما كانت درجة الصبغة البيضاء أفضل، زادت دقة تحليل مكونات العينة.

عند صب الحديد المنصهر في قالب النحاس، يبدأ بالتصلب. بعد تصلب العينة تمامًا، يمكن إخراجها من القالب ووضعها في الماء لتبرد. بعد تبريدها، يمكن إخراجها وتلميعها، ثم تحليلها باستخدام جهاز المطياف.

تجدر الإشارة إلى أن:

١. يشير مصطلح "التبريد السريع" إلى قصر مدة تصلب الحديد المنصهر. يُفضّل استخدام قالب نحاسي، وتُعدّ الصفيحة النحاسية هي الأفضل للصفيحة السفلية.

2. يجب أن يتم صب العينة بنجاح في المرة الواحدة.

3. نظرًا لأن العينة "البيضاء المصبوبة" صلبة للغاية، عند طحن العينة، يجب استخدام ورق الصنفرة أو قرص الصنفرة أو عجلة الطحن ذات حجم الجسيمات الأكبر والملمس الأكثر صلابة والالتصاق الأفضل.