تشكيل لايه كاربيد كروم بر روي سطح فولاد‍‍‍ 1020 AISI كربن داده شده با استفاده از روش نفوذ فعال حرارتي (TRD) و بررسي سينتيك آن

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

خصوصيات لايه كاربيدي كه بر روي فلزات و آلياژها از طريق روش نفوذ فعال حرارتي (TRD) به وجود مي‌آيد شامل مقاومت به سايش، اكسيداسيون، خوردگي و نيز افزايش سختي سطح آنها مي‌باشد. در تحقيق حاضر، سينتيك تشكيل لايه كاربيد كروم بر روي فولاد 1020 AISI كربن داده شده، با استفاده از روش حمام نمك مذاب در دماهاي 900، 1000 و ?C1100 به مدت 3 تا 9 ساعت مطالعه شده است. با استفاده از آناليز پراش اشعه ايكس (XRD)، حضور فاز 3C7Cr بر روي سطح فولاد تاييد شد. نتايج به دست آمده از مشاهدات سطح مقطع نمونه‌ها، با استفاده از تصاوير حاصل از ميكروسكوپ‌هاي نوري و الكتروني روبشي (SEM)، نشان داد كه يك لايه كاربيد كروم پيوسته و نسبتاً يكنواخت بر روي سطح فولاد تشكيل شده است. ميكروسختي سطح فولاد پوشش داده شده در محدوده 1321-530 ويكرز (با نيروي 200 گرم) به دست آمد. بررسي سينتيكي لايه كاربيدي نشان داد كه يك رابطه سهمي شكل بين ضخامت لايه كاربيدي و زمان غوطه‌وري نمونه‌ها در حمام نمك مذاب وجود دارد. افزون بر اين، انرژي فعال سازي لازم براي اين فرآيند برابر با kJ/mol‍781/97 به دست آمد. براي پيش بيني ضخامت لايه كاربيدي و ميكروسختي سطح فولاد از طريق پارامترهاي فرآيند، نمودارهاي ايزوضخامت و ايزوسختي پيشنهاد شده است. همچنين امكان استفاده از يك سري روابط رياضي براي پيش‌بيني ضخامت لايه كاربيدي و ميكروسختي سطح بررسي گرديد.

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 AlSI 1020 steel at temperatures of900, 1000 and 1100 °C 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.