Decarburisatie

Decarburisatie is een metallurgische proces waarbij koolstof uit staal of ijzer verdwijnt, meestal door diffusie van koolstof van de oppervlaklaag naar de omgeving tijdens hoge temperaturen. Het gevolg is een verlaagd koolstofgehalte aan of nabij het oppervlak, wat de structuur en de mechanische eigenschappen van het materiaal beïnvloedt.

Het mechanisme berust op koolstofdiffusie. Koolstofatomen uit de ijzerstructuur migreren naar de oppervlakteskant waar de activiteit van koolstof lager is, bijvoorbeeld door oxidatieve of koolstofarme gasomgevingen. Tegelijk kan koolstof in gasvormige stoffen zoals koolmonoxide of kooldioxide verdwijnen. De diepte van de decarburiseerde laag groeit met toenemende temperatuur en blootstellingstijd en volgt in principe een diffusiegedrag (diepte ∝ √t).

Decarburisatie treedt vaak op bij warmtebehandelingen zoals annealing, normaliseren of lassen, vooral bij temperaturen boven ongeveer 700–900 °C in omgevingen met lage koolstofpotentiaal of in oxidatieve atmosfeer. Beschermende atmosferen met hoog koolstofpotentiaal, vacuüm of reductieve/gasmengsels worden gebruikt om dit te voorkomen of te beperken.

Effecten op materialen zijn onder meer oppervlaktetempering en verlies van hardheid en slijtagebestendigheid, mogelijk gevolgd door een zwakkere oppervlaktelaag en veranderingen in trek- of slijtgedrag. Dit kan leiden tot verminderde prestaties bij contact- of slagbelasting en tot variaties in de dimensionale stabiliteit.

Preventie en beheersing richten zich op het controleren van de koolstofpotentiaal van de atmosfeer, het beperken van blootstellingstijd, het gebruik van beschermende coatings, en het toepassen van passende warmtebehandelingsparameters om decarburisatie te minimaliseren. Metingen van hardheid en chemische analyse van oppervlaktelaag geven inzicht in de mate van decarburisatie.