مترجم: حبيب الله عليخاني
منبع: راسخون




 

چکیده

این مقاله در مورد نقش های مختلفی صحبت می کند که بوسیله ی اتمسفرهای مصنوعی و در طی مرحله های مختلف از فرایند زینترینگ، ایجاد می شود. این مقاله با توصیف مختصری در مورد اتمسفرهای زینترینگ در صنعت، آغاز می شود و بعد از آن در مورد عملیات های ترمومکانیکی ایجاد شده بوسیله ی واکنش های گاز- جامدی صحبت می کند که در طی زینترینگ، متداول هستند.

مقدمه

این مسئله حس می شود که اتمسفرهای زینترینگ به عنوان یکی از وسیله احتیاطی برای جلوگیری کردن از ایجاد برهمکنش های دما بالای ماده در حال زینتر با محیط اطراف، مورد استفاده قرار می گیرد. در مورد فلزات و آلیاژها، انتخاب اتمسفر عموماً برای جلوگیری از اکسیداسیون و تسریع کاهش اکسید فلزی و در نهایت حصول یک سطح تمیز، انجام می شود. با وجود این، نقش اتمسفر زینترینگ، چیزی بیش از آنچه می باشد که ما در ذهن تصور می کنیم. در حقیقت، انتخاب اتمسفر زینترینگ به طور قابل توجهی بر روی خاصیت عدم روانسازی (delubrication)، انتقال حرارت، کاهش اکسید، کنترل عناصر شیمیایی درون شبکه و ... اثر دارد. تمام این جنبه های بر روی ریزساختار اثر می گذارند و بنابراین، بر روی خواص مکانیکی قطعات زینترشده ی حاصله، اثر می گذارند. در ادامه در مورد نقش اتمسفر زینترینگ به طور مفصل صحبت خواهیم کرد. توصیف انواع مختلف اتمسفرهایی که به طور متداول در زمینه ی صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند نیز در اینجا، ارائه شده است. جنبه های ترمودینامیکی زینترینگ نیز در ادامه مورد بررسی قرار خواهد گرفت. این جنبه ها ابزارهای مناسبی برای آگاهی یافتن از مکانیزم هایی است که در طی زینترینگ اتمسفری بوجود می آیند. بدین وسیله می توان اتمسفر مناسب را برای زینترینگ نمونه های معین انتخاب کرد. در نهایت، مثال هایی در سراسر این مقاله ارائه شده است که بوسیله ی آنها می توان اطلاعات تئوری در مورد این چشم اندازه بدست آورد.

انواع و منابع اتمسفرهای مورد استفاده در زینترینگ

همانگونه که در بالا بدان اشاره شد، اتمسفرهای زینترینگ به این دلیل انتخاب شده اند تا از ایجاد برهمکنش نامطلوب میان مواد در حال زینتر و محیط اطرافش در دماهای بالا، جلوگیری شود در حالی که یک شرایط سطحی بهینه برای تشکیل گلویی میان ذرات ایجاد شود. چندین احتمال بر حسب انتخاب اتمسفر برای زینترینگ در دمای بالا، وجود دارد. در حقیقت، امروزه، استفاده از جریان های گازی با خلوص بالا مانند نیتروژن، هیدروژن و آرگون به نسبت قابل انجام می باشد و اتمسفرهای مصنوعی به طور پیوسته جایگزین اتمسفرهای متداول مانند گازهای هیدروکربنی تصفیه شده برای زینترینگ اجزای آهنی، می شوند. در واقع، استفاده از کسرهای مختلف از گازهای صنعتی موجب کاهش تغییرات در غلظت اجزای گازی اندک مانند بخار آب، می شود که این مسئله در واقع موجب می شود تا فرایند زینترینگ به طور مناسبی انجام شود. جدول 1 ویژگی های اصلی اتمسفرهای زینترینگ متداول را نشان می دهد.
آرگون یک گاز خنثی است که به عنوان اتمسفر زینترینگ و برای جلوگیری از واکنش های رخ داده بین گازها و مواد جامد (مانند اکسایش، نیتریداسیون یا هیدراسیون)، مورد استفاده قرار می گیرد. آرگون گاز کاملا خنثی است و بنابراین، اگر چه از آن می توان به عنوان یک اتمسفر زینرینگ دارای فشارهای جزئی بخار آب پایین استفاده کرد، کاهش اکسیژن جزئی آن (تا زیر مقدار ) هزینه بر و مشکل است. اتمسفرهای خنثی دارای اثرات محدودی بر روی کاهش اکسیدهای برخی از فلزات انتقالی مانند MnO، و ... دارند. بنابراین، اتمسفر آرگون سرعت واکنش اکسایش را به دلیل فشارهای جزئی پایین اکسیژن، کاهش می دهد و از این رو از بروز اکسایش، جلوگیری می کند. آرگون به طور نمونه وار برای زینترینگ اتمسفری فلزات و آلیاژهایی مورد استفاده قرار می گیرد که نسبت به هیدراسیون یا نیتریداسیون حساس هستند (مانند تیتانیوم و زیرکونیوم).
نیتروژن مشابه آرگون می تواند به عنوان اتسمفر زینرینگ مورد استفاده قرار گیرد. با وجود این، این ماده ممکن است با برخی مواد واکنش دهد. مثلاً نیتروژن با برخی از عناصر شیمیایی مانند تیتانیوم و کروم واکنش می دهد و رسوبات نیتریدی تشکیل می دهد. خوشبختانه یک چنین واکنش هایی در آهن، فولادهای آلیاژی، آلومینیوم و آلیاژهای مس، ناچیز است. بنابراین، نیتروژن عموماً اصلی ترین اتمسفر زینترینگ را تشکیل می دهد و معمولاً 5 تا 25 % حجمی هیدروژن به این گاز افزوده می شود.
هیدروژن خالص می تواند به عنوان یک اتمسفر زینترینگ مورد استفاده قرار گیرد اگر چه هزینه های تولید و استفاده بالا از آن، موجب می شود تا استفاده از آن در مواردی باشد که هیچ راه دیگری وجود نداشته باشد. با وجود این، هیدروژن خالص هنوز هم به عنوان اصلی ترین اتمسفر کاهشی موجود، تلقی می شود. اتمسفرهایی که دارای 100 % حجمی هیدروژن هستند، به طور نمونه وار برای زینرینگ فولاد زنگ نزن و به منظور جلوگیری کردن از تشکیل نیترید کروم مورد استفاده قرار می گیرد. خواص زینترینگ این فولادها به تشکیل این ماده، بستگی دارد.
آمونیاک تفکیک شده (DA) به عنوان محصول تفکیک کاتالیستی انیدرید آمونیاک ( ) به 25 % حجمی و 75 % حجمی تعریف می شود. این ماده بوسیله ی عبور گاز آمونیاک از میان یک دستگاه تقطیری تولید می شود که از ماده ی کاتالیستی (مانند قرص های Ni) پر شده است. این واکنش در دمای انجام می شود. اتمسفر حاصله، دارای میزان رطوبت (نقطه ی شبنم) پایینی است و به همین دلیل برای زینترینگ آهن، فولاد، آلیاژهای مس و حتی فولاد ضد زنگ (ASM, 1984) مورد استفاده قرار می گیرد. اگر چه آمونیاک تفکیک شده یک منبع مورد علاقه (از لحاظ هزینه و کارایی) برای استفاده به عنوان اتمسفر زینترینگ تلقی می شود، استفاده از آن به سرعت در حال کاهش است که علت آن سمیت ماده در صورت بروز نشتی در سیستم می باشد.
اتمسفر گرماگیر به محصولات حاصل از احتراقی اتلاق می شوند که در زمانی تشکیل می شوند که هیدروکربن هایی مانند گاز طبیعی ( ) یا پروپان ( ) با مقادیر غیر استوکیومتری از هوا بسوزند. در این زمینه، واکنش احتراق به سهولت اتفاق نمی افتد و حرارت باید برای ادامه ی این فرایند، اعمال شود. از این روست که به آن واکنش احتراق گرماگیر می گویند. بنابراین، مخلوط هوا- گاز از میان یک ستون عبور می کند که پر از تکه های نیکل با دمای است. نسبت هوا به گاز به گونه ای تنظیم می شود که در آن متان با اکسیژن ترکیب می شود و تنها CO و تولید می شود. احتراق گرماگیر متان به صورت زیر نشان داده می شود:

محصولات احتراق یک چنین واکنشی به طور نمونه وار از 40 % حجمی ، 40 % حجمی و 20 % حجمی CO تشکیل شده اند. اتمسفرهای گرماگیر به نوسانات موجود در ترکیب شیمیایی مواد اولیه یعنی میزان بخار آب و درصد هیدروکربن های خارجی، وابسته هستند. این وضعیت، کنترل ترکیب شیمیایی اتمسفر زینرینگ را پیچیده می کند و نوسانات ایجاد شده، موجب می شود تا پتانسیل کوره در طی زمان، کاهش یابد. از آنجایی که احتراق به ندرت در نسبت های هوا به گاز برابر با 2.4 کامل می شود، این احتراق مقادیر اندکی بخار آب و متان نیز تولید می کند.
اتمسفرهای گرمازا از احتراق جزئی هیدروکربن هایی مانند متان با اکسیژن، ایجاد می شوند. برای احتراق کامل، یعنی تمام کربن و هیدروژن موجود در متان با هوا واکنش دهد و دی اکسید کربن و آب تولید شود، نیاز است تا نسبت هوا به گاز برابر با 9.8 باشد و بنابر این واکنش آن به صورت زیر است:

به عبارت دیگر، با کاهش در مقدار هوا به زیر این مقدار، احتراق ناکامل است و مقادیری CO و به جای دی اکسید کربن و آب، تشکیل خواهد شد. با انجام این کار، اتمسفر متکی به شرایط احتراق گرماگیر است. با وجود این، با حفظ نسبت هوا به گاز در گستره ی 6 تا 9، احتراق به طور ناگهانی اتفاق می افتد و احتراق هنوز گرمازا می باشد. شکل 1 دیاگرام احتراق را برای متان در دمای 1100℃ نشان می دهد. کاهش پتانسیل یک اتمسفر گرمازا به طور قابل توجهی از کمتر از اتمسفرهای هیدروژن- نیتروژن یا اتمسفرهای گرماگیر است. به دلیل مقادیر بالاتر بخار آب، اتمسفرهای گرمازا می توانند یک اثر قابل توجه بر روی دی کربوریزاسیون اجزای فولادی داشته باشند. به همین دلایل، استفاده از گازهای گرمازا برای زینترینگ اتمسفری به ندرت انجام می شود و از آن بیشتر برای زینترینگ آلیاژهای مس استفاده می شود. در این آلیاژها، مقادیر نقطه ی شبنم پایین تر از مقدار بحرانی برای سایر مواد مانند فولادهای دارای عناصر آلیاژی کمتر، فولادهای ضد زنگ و ... می باشد.

جنبه های ترمودینامیکی زینترینگ اتمسفری

واژه ی ترمودینامیک اغلب در چشم های افرادی که سعی می کنند تا بفهمند به چه دلایل شیمیایی، یک واکنش رخ می دهد یا نمی دهد، اشک می آورد. یک پروفسور در این باره زمانی به من گفت: ترمودینامیک به احتمال زیاد گران بهاترین هدیه ی خداوند به بشر بوده است ولی با این وجود، بسیاری از مواد مهندسی از این رویه طبعیت نمی کنند. اگر چه برخی از مراجع از بیاناتی مانند کاهش پتانسیل اتمسفر زینترینگ، کاهش میزان بخار آب و یا کاهش نقطه ی شبنم صحبت می کنند، این پارامترهای تماماً به تعادل ترمودینامیکی مرتبط است که در میان مواد و اتمسفر اطراف آنها وجود دارد. پاراگراف های بعدی یک تعداد مثال در مورد استفاده از قوانین ترمودینامیک آورده است که از آنها می توان برای توجیه پدیده های رخ داده در طی زینرینگ، استفاده کرد. ملاحظات قانونی در زمان بررسی زینرینگ به صورت زیر هستند:
شناسایی شرایطی از اتمسفر زینترینگ که واکنش های شیمیایی مخل برای زینترینگ را مینیمم کند (یعنی اتمسفر خنثی)؛
در مواردی که فلزات و آلیاژها زینتر می شوند، برای شناسایی شرایط اتسمفری که بوسیله ی آن سطحی عاری از اکسید حاصل شود، باید تشکیل گلویی تسریع شود (یعنی اتمسفر کاهشی).
وقتی نیاز است تا شرایطی ایجاد شود که در آن، انتقال جرم بین اتمسفر و توده ی سرامیکی ایجاد شود، نیاز است تا شیمی نهایی اجزای در حال زینترشدن، کنترل شود.

اکسایش/ کاهش

تعادل واکنشی میان یک فلز خالص و اکسید خالص آن و همچنین اکسیژن در یک دما و فشار معین، به صورت زیر است:

که در اینجا، M نشاندهنده ی فلز، و b نشاندهنده ی تعداد اتم هایی است که اکسید ایجاد کرده است. با فرض اینکه تمام واکنش دهنده ها و محصولات در حالت های استاندارد خود باشند (یعنی M و خالص باشند)، تفاوت انرژی آزاد میان محصولات و مواد واکنش دهنده، برابر با انرژی آزاد می باشد و به صورت زیر بیان می شود:

از این رو، در تعادل داریم:

که در اینجا، R ثابت گازهاست، T دما بر حسبت کلوین و اکتیوته ی گونه های شیمیایی مرتیبط با واکنش است. از آنجایی که M و در حالت استاندارد خود هستند، a_M=a_(M_a O_b )=1 است. با فرض ایده آل بودن گاز، اکتیویته ی اکسیژن در فاز گازی به صورت زیر بیان می شود:
اکتیویته ی گاز اکسیژن= فشار اکسیژن در فاز گازی/ فشار گازی اکسیژن در حالت استاندارد
با انتخاب این مسئله که حالت استاندارد برای نمونه های گازی برابر با فشار 1 اتمسفر در دمای مورد نظر می باشد، برابر با فشار جزئی اکسیژن است (یعنی ) بنابراین، معادله ی بالا به صورت زیر در می آید:

به طور مشابه، فشار جزئی اکسیژن در تعادل با فلز خالص و اکسید خالص آن، به صورت زیر محاسبه می شود:

از معادلات بالا، این فهمیده می شود که اگر فشار جزئی اکسیژن در دمای معین کمتر از مقدار ارائه شده بوسیله ی معادله ی بالا باشد، معادله ی مربوط به تعادل واکنش میان فلز و اکسید خالص آن با اکسیژن، به سمت چپ حرکت می کند. یعنی اکسید مصرف می شود تا بدین صورت، سعی شود فشار جزئی اکسیژن افزایش یابد و تعادل دوباره با ثبات شود. بطور عکس، اگر فشار جزئی اکسیژن بالاتر از مقدار معین باشد، فلز اکسید می شود تا واکنش به تعادل برسد. شکل 2 تغییرات ایجاد شده در فشار جزئی اکسیژن تعادلی به عنوان تابعی از دما برای چندین فلز خالص و اکسیدهای خالص آن بیان شده است. ناحیه ای که به سمت پایین- سمت راست قرار گرفته است، مربوط به شرایطی از فشار گاز اکسیژن و دما است که کاهنده هستند در حالی که ناحیه ی سمت چپ و بالا مربوط به شرایط اکسیدکننده است.

اتمسفر اکسایش- کاهش

بر اساس داده های ارائه شده در شکل 2، این مسئله قابل مشاهده است که برای یک سیستم فلز/ اکسید معین، دماهای بالاتر موجب می شود تا فشار جزئی اکسیژن در تعادل این سیستم، افزایش یابد. در غیر اینصورت، وقتی دما افزایش می یابد، اکسیدهای پایداری کمتری دارند و به سهولت بیشتری کاهش می یابند. شکل 2 همچنین نشان می دهد که اگر فشار جزئی اکسیژن به اندازه کافی کم باشد (با اعمال خلأ یا اعمال گازهای خنثی (مانند آرگون))، کاهش اکسید رخ می دهد. با وجود این، کاهش در زیر فشار جزئی اکسیژن رخ می دهد. با این وجود، این روش، روش های فرعی به شمار می آیند و قابلیت استفاده از آنها در کاربردهای صنعتی، کمتر است.
فشارهای جزئی پایین اکسیژن، مخصوصاً در کارهای صنعتی، عموماً با استفاده از اتمسفرهای اکسایش- کاهشی انجام می شود که در آنها از نمونه های اکسید کننده و کاهنده در تعادل با اکسیژن استفاده می شود. برای مثال:

یا

با

که در اینجا، از روابط بالا بدست آمده است.
همچنین

واکنش های مربوط به کاهش اکسید به صورت زیر است:

که در اینجا،

مقدار از دو معادله ی بالا بدست می آیند. شكل 3 و 4 تغيير نسبت هاي فشار تعادلي را به ترتيب و به عنوان تابعي از دما براي چندين فلز ارائه شده است. ناحيه ي قرار گرفته در بالاي خط مربوط به نواحي كاهشي است در حالي كه ناحيه ي قرار گرفته در زير اين خط، نشاندهنده ي ناحيه ي اكسيد كننده است. توصيف آخر فرض كرده است كه يك جريان ثابت و به اندازه ي كافي از اتمسفر در كوره ايجاد شده است به نحوي كه محصولات واكنشي حذف مي شوند و نسبت هاي فشار تعادلي در مقاديري بالاتر از مقدار تعادلي، قرار دارد؛ در غير اينصورت، واكنش كاهشي به نصف كاهش مي يابد زيرا نسبت هاي گاز كاهش مي يابد و به حالت تعادلي مي رسد (خطوط در دماي معين در شكل 3 و 4). شكل 3 و 4 نشاندهنده ي اين حقيقت است كه اگر چه نسبت ممكن است به اندازه ي كافي بالا باشد به نحوي كه براي گسترش كاهش اكسيد در دماي بالا، مناسب باشد، اين مسئله همواره در مواقعي كه دما كاهش مي يابد، صدق نمي كند. اين وضعيت مشابه چيزي است كه در طي مرحله ي سرد كردن در فرايند زينترينگ، بوجود مي آيد. براي مثال، تعادل بين را در اتمسفر در نظر بگيريد. شكل 4 معلوم مي كند كه در دماي ، يك نسبت برابر با 100، براي كاهش اكسيد آهن، كافي است. به عبارت ديگر، اگر اين نسبت در طي زينترينگ ثابت در نظر گرفته شود، اين بدين معناست كه در دماي تقريباً 500℃، شرايط كاهشي به اكسيدايشي تبديل مي شود. اين وضعيت در زماني بحراني است كه شيفت شرايط كاهشي به اكسايشي در دماهاي نسبتاً بالا رخ دهد. زيرا اكسايش ناچيز مي شود و داراي اثر نامطلوبي بر روي خواص مكانيكي نهايي قطعه ي زينتر شده مي شود. به عبارت ديگر، اگر اتلاف در پتانسيل كاهشي اتمسفر در دماهاي پايين و بمحض سرمايش رخ دهد، نرخ اكسايش كاهش مي يابد و اكسايش قطعه جزئي مي شود.

نقطه ي شبنم (Dew point)

يكي ديگر از روش هاي متداول مورد استفاده براي نشاندادن پتانسيل كاهشي در اتمسفرهايي كه از وجود هيدروژن رنج مي برند، شناسايي تعادل اكسايش/ كاهشي به عنوان تابعي از نقطه ي شبنم يا دمايي است كه در آب بخار آب كندانس مي شود. تاريخچه ي اين روش به زماني بر مي گردد كه گازهاي صنعتي مورد بررسي قرار مي گرفت. اپراتورهاي كوره پتانسيل كاهشي كوره هاي خود را با بررسي نقطه ي شبنم، مورد بررسي قرار مي دادند. وسايل مورد استفاده براي اين كار، به دو محفظه ي خلأ مجهز بودند. فشار گاز بواسطه ي يك پمپ افزايش مي يافت و زماني كه فشار به حد كافي بالا بود، اپراتور به طور تدريجي نمونه ي گاز را آزاد مي كرد تا بدين صورت فشار محفظه ي مجهز به خلأ را تنظيم كند. در اين لحظه، اپراتور از داخل شيشه اي مخصوص، اين صحنه و دماي موجود را تماشا مي كرد. مزيت اين روش اين است كه وقتي يك گاز فشرده شده آزاد سازي مي شد، دماي آن كاهش مي يافت. تمام اپراتورها دمايي كه كه در آن، قطرات آب شروع به تشكيل مي كردند را ثبت مي كردند. اين دما به نقطه ي شبنم وابسته است و شاخصي مستقيم از مقدار آب موجود اتمسفر نمونه است.
به عنوان مثال، بياييد واكنش زير را در نظر بگيريم كه در دماي رخ داده است. اين واكنش در يك اتمسفر داراي هيدروژن خالص ( ) و فشار كل 1 اتمسفر انجام مي شود.

معادله ي بالا از مجموع دو معادله ها ي زير حاصل شده است:

در دماي ، برابر با است؛ بنابراين،

بنابراين، atm مي باشد.
بنابراين، نقطه ي شبنم مخلوط گازي بايد كنترل شود تا بدين صورت به فشار جزئي كمتر از برسد. نقطه ي شبنم مربوطه ممكن است با استفاده از معادله ي كلازيوس- كلاپرون قابل محاسبه مي باشد كه در اين معادله، بخار آب اشباع (P) به دما و حرارت پنهان مربوط به تبخير ( ) ارتباط داده مي شود.

با انتگرال گيري بين داريم:

براي آب در فشار ، و ؛ بنابراين،

به دليل اينكه است، ما مي فهميم كه T_1 يا نقطه ي شبنم برابر با است.
شكل 5 تغييرات نقطه ي شبنم به عنوان تابعي از دما براي چندين فلز و اكسيدهاي شان را نشان مي دهد. ناحيه اي كه در سمت راست – پايين واقع شده است، مربوط به شرايط كاهشي است در حالي كه ناحيه ي قرار گرفته در سمت چپ- بالا نشاندهنده ي شرايط اكسايشي است.
اتمسفر كاهشي خالص مانند هيدروژن خالص به ندرت در صنعت به عنوان اتمسفر كاهشي مورد استفاده قرار مي گيرد مگر آنكه در جايي استفاده از آن ضروري باشد. علت آن هزينه ي بالاي استفاده از آن است. متداول ترين اتمسفر صنعتي مورد استفاده درزينترينگ، آن اتسمفري است كه در آن گاز كاهنده به طور نمونه وار هيدروژن، در داخل يك گاز خنثي مانند نيتروژن، رقيق شده باشد. بياييد معادله ي مربوط به مثال بالا در دماي ، دوباره نگاه كنيم. فرض كنيد كه اتمسفري كه در اين مثال 100 % خالص در نظر گرفته شده بود، حال در 95% نيتروژن، رقيق شده است. بنابراين، فشار جزئي هر نمونه ي گازي حال به صورت زير در مي آيد:

بنابراين، رقيق سازي درنتروژن، هيچ اثري بر روي نسبت ندارد اما به طور قابل توجهي نقطه ي شبنم را در تعادل از به كاهش مي دهد. بنابراين، رقيق سازي اتمسفر هيدروژني با نيتروژن، به طور قابل ملاحظه اي پتانسيل كاهشي كل در اتمسفر زينترينگ، را كاهش مي دهد. مورد آخر مزيت هاي استفاده از محاسبات ترموشيميايي براي بهينه سازي تركيب شيميايي اتمسفر را به عنوان تابعي از دما و ماده ي در حال زينترشدن را نشان مي دهد. بنابراين، هزينه هاي توليد مربوط به استفاده از هيدروژن مي تواند بهينه سازي شود در حالي كه اطمينان حاصل كردن از اين موضوع كه اكسيداسيون بيشتر عمل مي كند يا كاهش، كاري سهل الوصول تر مي شود.
كنترل كربن
كنترل كربن يكي از موارد مهم براي زينترينگ مؤثر برخي از مواد مانند فولاد، كاربيدها و حتي برخي سراميك ها مي شود. در حقيقت، بسته به متغيرهاي زينترينگ و درصد كربن در اجزاي خام، اين اتمسفر مي تواند دي كربوره كننده، طبيعي يا اكسيدكننده باشد. علاوه بر اين و همانگونه كه قبلاً گفته شد، كاهش پتانسيل در يك اتمسفر زينترينگ ممكن است با كاهش دما (در بخش سركننده ي كوره)، تغيير كند. بنابراين، بايد دقت داشته باشيم تا تركيب شيميايي اتمسفر زينترينگ را كنترل كنيم تا بدين صورت، درصد كربن در ماده در حالت تعادلي باشد. بياييد به يك مثال در مورد فولادي توجه كنيم كه داراي 0.75 % وزني كربن مي باشد. اين فولاد در دماي زينتر مي شود. اين وضعيت بر اين دلالت دارد كه پودر گرافيت كه در ابتداي كار با پودر آهن مخلوط مي شود، به طور كامل نفوذ مي كند ودر دماي ، در آستنيت حل مي شود. در موردي كه اتمسفر زينترينگ مخلوطي از هيدروژن و نيتروژن باشد، گاز اكسيد كننده به احتمال زياد است. بنابراين، ما مي توانيم واكنش دي كربوريزاسيون را به صورت زير بنويسيم:

بنابراين، با كنترل مناسب نقطه ي شبنم و حفظ آن در يك سطح پايين، اين اتمسفر براي بيشتر عناصر موجود در فولادها كاهشي خواهد بود و از لحاظ كربن نيز بايد خنثي باشد يعني كسر ناچيزي كربن به علت ايجاد دوده تشكيل و يا مقداري ناچيزي كربن كاهش مي يابد. بنابراين، در اتسمفرهاي هيدروژن – نيتروژن داراي كربن خنثي، بخش هاي داراي مقادير كربن مختلف مي توانند در نزديكي هم زينتر شوند بدون آنكه نياز به بررسي و كنترل اتمسفر زينترينگ باشد. با وجود اين، وقتي زينترينگ در يك اتمسفر ايجاد شود كه از مقداري هيدروكربن سوخته تشكيل شده باشد، فشار جزئي بخار آب به طور قابل توجهي بالاست. اكنون فرض كنيد كه واكنش دي كربوريزاسيون به صورت يك واكنش گرماگير باشد؛ بنابراين مي توان نوشت:

كه در اينجا، فشار جزئي كربن مونوكسيد و هيدروژن بوسيله ي معادله ي اول اين مقاله بدست مي آيد:

همانگونه كه در بالا بدان اشاره شد، احتراق گرماگير متان به ندرت در نسبت هوا به گاز كامل مي شود. بنابراين، احتراق مقادير ناچيزي بخار آب ايجاد مي كند و از اين رو مي توان نوشت:

مشابه اكتيويته ي كربن در آستنيت، اين مقدار نيز مي تواند با استفاده از معادله ي زير بدست آيد (اين معادله بوسيله ي Sauer و همكارانش ارائه شده است):

و از معادله ي مربوط به اتمسفر گرماگير (معادله ي ) مي توانيم بنويسيم كه:

با توجه به معادلات مربوط به نقطه ي شبنم، مي توان با جايگزيني p( )، مي توان نقطه ي شبنم را ارزيابي و اتمسفر زينترينگ را كنترل كرد به صورتي كه پتانسيل كربن با مقداري هم ارز مي شود كه برابر با پتانسيل موجود در فولاد است. شكل 6 تغيير در پتانسيل كربن احتراق گرماگير متان را به عنوان تابعي از نقطه ي شبنم و دما، نشان مي دهد.
با مقايسه ي اشكال 5 و 6، اين مشاهده مي شود كه در مورد واكنش اكسايش/ كاهش در يك دماي معين، براي هر نقطه شبنم زير تعادل، كاهش رخ مي دهد. به طور مشابه، براي هر مقدار نقطه ي شبنمي كه بالاتر از تعادل است، اكسيداسيون رخ خواهد داد. در مورد دي كربوريزاسيون يا كربوريزاسيون فولاد در يك اتمسفر فعال (مانند اندوگاز (endogas)، وضعيت متفاوت است. در حقيقت، هر نقطه ي شبنمي در يك دماي زينترينگ معين مربوط به اكتيويته ي معيني از كربن در آستنيت مي باشد. بنابراين، يك افزايش در نقطه ي شبنم اتمسفر زينرينگ، موجب ايجاد يك پتانسيل كربن پايين تر مي شود كه در حقيقت، كمتر از اكتيويته ي كربن در تعادل با فاز گازي است (كه موجب دي كربوريزاسيون شده است).
به طور عكس، يك كاهش در نقطه ي شبنم اتمسفر زينترينگ موجب افزايش اكتيويته ي كربن مي شود و اين مسئله موجب وقوع كربوريزاسيون مي شود. اين دليل اين موضوع است كه چرا اتمسفرهاي گرماگير از لحاظ كربن فعال هستند. اين بدين معناست كه اندوگاز به طور نمونه وار در دماهاي بالا دي كربوره مي شود و در دماهاي پايين، كربوريزه مي شود. در شرايط ايده آل، يك اتمسفر گرماگير بايد اجزاي فولادي را در دماهاي بالا، دي كربوره كند و در طي سرد كردن آنها، آنها را كربوريزه كند. با وجود اين، حتي براي اتمسفرهاي طبيعي از لحاظ كربن مانند آنهايي كه با مخلوط كردن N_2-H_2 بدست مي آيند، اگر نقطه ي شبنم افزايش يابد و دي كربوريزاسيون اتفاق افتد، به دليل برخي رخدادها مانند نشت هوا به داخل اتمسفر، كسرهاي كوچكي از هيدروكربن ها مانند متان مي توانند به داخل كوره تزريق شوند و بدين وسيله، پتانسيل كربني مناسبي در اتمسفر پديد آيد. به طور مشابه، اين روش مي تواند براي كربوريزاسيون سطح اجزاي PM (در زماني كه وارد بخش سردكننده ي كوره مي شوند) مورد استفاده قرار گيرد. متان به صورت زير به نقطه ي شبنم پايين تر واكنش مي دهند:

و واكنش كربوريزاسيون به صورت زير بيان مي شود:


/ج