بررسی تأثیر دما و زمان نیتروژن‌دهی پلاسمایی بر خواص و مورفولوژی سطح فولاد ابزار گرم‌کار H11

نوع مقاله : علمی و پژوهشی

نویسندگان

ایرانی

چکیده

نیتروژن‌دهی پلاسمایی یک فرایند ترموشیمیایی است که برای سخت‌کاری سطحی بسیاری از قطعات صنعتی فولادی استفاده می‌شود. به‌ منظور بررسی نحوه‌ی رشد لایه‌های تشکیل شده در این فرایند، نمونه‌هایی از جنس فولاد ابزار گرم‌کار در سه دمای 450، 500 و 550 درجه سانتی‌گراد، چهار زمان5/2، 5، 5/7 و 10 ساعت و در محیطی با ترکیب گاز N275%-H2 25% با استفاده از دستگاه نیتروژن‌دهی پلاسمایی پالسی جریان مستقیم در مقیاس نیمه‌صنعتی، نیتروژن‌دهی شدند. ضخامت منطقه‌ی نفوذی و لایه‌ی ترکیبی و مورفولوژی سطح نمونه‌ها، با استفاده از میکروسکوپ‌ها نوری و الکترونی روبشی و فازهای تشکیل شده بر روی سطح به وسیله‌ی تحلیل پراش اشعه‌ی X بررسی شدند. افزون بر این، تغییرات ریزسختی نمونه‌ها از سطح به عمق آن‌ها اندازه گیری شد. نتایج نشان‌دهنده‌ی وقوع فرآیند نفوذ مرزدانه‌ای در منطقه‌ی نفوذی نمونه‌های فولادی بود. سختی در منطقه‌ی نفوذی با افزایش دما و زمان فرایند افزایش یافت. ضخامت لایه‌ی سفید نیز با افزایش دما و زمان نیتروژن‌دهی افزایش یافت. نتایج نشان دادند که شعاع ذرات نیتریدی سطحی با زمان فرایند رابطه‌ی مستقیم دارد. در این شرایط، مورفولوژی سطح با افزایش دما و زمان، تغییر کرد، و شعاع ذرات نیتریدی تشکیل شده در سطح نیز افزایش ‌یافت.

عنوان مقاله [English]

Effect of Plasma Nitriding Temperature and Time on the Properties and Surface Morphology of H11 Hot Work Tool Steel

نویسندگان [English]

  • hosin Aghajani
  • mansor Soltanieh
  • farzad mhboubi
  • khan ali Nekouee
  • hosin Madanipour
چکیده [English]

Plasma nitriding is a thermochemical process that is used for surface hardening of many industrial steel components. In this study, hot work tool steel samples were plasma nitrided at 450, 500 and 550 oC temperatures, for 2.5,5,7.5 and 10 hours in a 75%N2-25%H2 gas atmospheve inside a pulsed DC vessel in order to determine the growth mechanism of surface layers. Diffusion zone, compound layer and surface morphology were studied by using optical and scanning electron microscopes. The phases formed in the nitriding process were determined by XRD method. In addition, the microhardness changes from surface to the centre of the samples were measured. Results showed that nitrogen has diffused in the substrate material via grain boundary diffusion mechanism.The surface hardness and the depth of hardened layer increased with an increase in the nitriding temperature and time. Moreover, the thickness of the compound layer increased by increasing the temperature and time. It seems that the radius of nitride particles on the surface is direethy related to the processing time. By increasing the nitriding temperature and time, surface morphology was changed and the radius of nitride particles on the surface also increased.