تشکیل لایۀ کاربید کروم بر روی سطح فولاد‍‍‍ 1020 AISI کربن داده شده با استفاده از روش نفوذ فعال حرارتی (TRD) و بررسی سینتیک آن

نوع مقاله : علمی و پژوهشی

نویسندگان

• حمیدرضا کریمی زارچی
• میثم جلالی
• منصور سلطانیه

ایرانی

10.22067/ma.v21i2.10734

چکیده

خصوصیات لایه کاربیدی که بر روی فلزات و آلیاژها از طریق روش نفوذ فعال حرارتی (TRD) به وجود می‌آید شامل مقاومت به سایش، اکسیداسیون، خوردگی و نیز افزایش سختی سطح آنها می‌باشد. در تحقیق حاضر، سینتیک تشکیل لایه کاربید کروم بر روی فولاد 1020 AISI کربن داده شده، با استفاده از روش حمام نمک مذاب در دماهای 900، 1000 و ºC1100 به مدت 3 تا 9 ساعت مطالعه شده است. با استفاده از آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD)، حضور فاز 3C7Cr بر روی سطح فولاد تأیید شد. نتایج به دست آمده از مشاهدات سطح مقطع نمونه‌ها، با استفاده از تصاویر حاصل از میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی (SEM)، نشان داد که یک لایه کاربید کروم پیوسته و نسبتاً یکنواخت بر روی سطح فولاد تشکیل شده است. میکروسختی سطح فولاد پوشش داده شده در محدوده 1321-530 ویکرز (با نیروی 200 گرم) به دست آمد. بررسی سینتیکی لایه کاربیدی نشان داد که یک رابطه سهمی شکل بین ضخامت لایه کاربیدی و زمان غوطه‌وری نمونه‌ها در حمام نمک مذاب وجود دارد. افزون بر این، انرژی فعال سازی لازم برای این فرآیند برابر با kJ/mol‍781/97 به دست آمد. برای پیش بینی ضخامت لایۀ کاربیدی و میکروسختی سطح فولاد از طریق پارامترهای فرآیند، نمودارهای ایزوضخامت و ایزوسختی پیشنهاد شده است. همچنین امکان استفاده از یک سری روابط ریاضی برای پیش‌بینی ضخامت لایه کاربیدی و میکروسختی سطح بررسی گردید.

---

عنوان مقاله [English]

Formation of Chromium Carbide Layer on Carburized AISI 1020 Steel by Thermal Reactive Diffusion (TRD) Technique and Evaluation of its Kinetics

نویسندگان [English]

• hamid reza Karimi Zarchi
• misam Jalaly
• mansor Soltanieh

چکیده [English]

Carbide layer produced by thermal reactive diffusion (TRD) technique onto metals and alloys has characteristic properties including wear, oxidation and corrosion resistance as well as relatively high surface hardness. In the present work, kinetics of formation of chromium carbide layer on carburized AISI 1020 steel at temperatures of 900, 1000 and 1100 ºC for 3 to 9 hours was studied. The presence of Cr7C3 phase formed on the surface of specimens was confirmed by X-ray diffraction analysis. Cross-sectional observations of optical and SEM micrographs showed that chromium carbide layer formed on the steel surface were continuous and relatively uniform. The surface microhardness values for the coated steel samples were between 530 and 1321 HV (under 200g load). The evaluation of kinetics of chromium carbide layer formed using salt bath method showed that there is a parabolic relationship between the layer thickness and the soaking time. In addition, the activation energy for chromium carbide formation on carburized AISI 1020 steel in borax salt bath was obtained to be 97.781 KJ/mol. Moreover, the contour diagrams were suggested for prediction of thickness of carbide layer and surface microhardness. The possibility of using a series of mathematical equations for predicting carbide thickness and surface microhardness was also investigated.