بررسي تاثير دما و زمان نيتروژن‌دهي پلاسمايي بر خواص و مورفولوژي

بررسي تاثير دما و زمان نيتروژن‌دهي پلاسمايي بر خواص و مورفولوژي

نيتروژن‌دهي پلاسمايي يك فرايند ترموشيميايي است كه براي سخت‌كاري سطحي بسياري از قطعات صنعتي فولادي استفاده مي‌شود. به‌ منظور بررسي نحوه‌ي رشد لايه‌هاي تشكيل شده در اين فرايند، نمونه‌هايي از جنس فولاد ابزار گرم‌كار در سه دماي 450، 500 و 550 درجه سانتي‌گراد، چهار زمان5/2، 5، 5/7 و 10 ساعت و در محيطي با تركيب گاز N275%-H2 25% با استفاده از دستگاه نيتروژن‌دهي پلاسمايي پالسي جريان مستقيم در مقياس نيمه‌صنعتي، نيتروژن‌دهي شدند. ضخامت منطقه‌ي نفوذي و لايه‌ي تركيبي و مورفولوژي سطح نمونه‌ها، با استفاده از ميكروسكوپ‌ها نوري و الكتروني روبشي و فازهاي تشكيل شده بر روي سطح به وسيله‌ي تحليل پراش اشعه‌ي X بررسي شدند. افزون بر اين، تغييرات ريزسختي نمونه‌ها از سطح به عمق آن‌ها اندازه گيري شد. نتايج نشان‌دهنده‌ي وقوع فرآيند نفوذ مرزدانه‌اي در منطقه‌ي نفوذي نمونه‌هاي فولادي بود. سختي در منطقه‌ي نفوذي با افزايش دما و زمان فرايند افزايش يافت. ضخامت لايه‌ي سفيد نيز با افزايش دما و زمان نيتروژن‌دهي افزايش يافت. نتايج نشان دادند كه شعاع ذرات نيتريدي سطحي با زمان فرايند رابطه‌ي مستقيم دارد. در اين شرايط، مورفولوژي سطح با افزايش دما و زمان، تغيير كرد، و شعاع ذرات نيتريدي تشكيل شده در سطح نيز افزايش ‌يافت.

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.