بررسي تاثير پارامترهاي دما و زمان نيتروژن‌دهي پلاسمايي بر ريزساختار، عمق نفوذ نيتروژن و سختي فولاد قالب پلاستيك 20 P

Effect of time and temperature of plasma nitriding on microstructure, depth of nitrogen diffusion and hardness of plastic injection mould steel P20

نيتروژن دهي پلاسمايي موجب اصلاح لايه‌هاي سطحي و بهبود عمر مفيد فولادهاي قالب تزريق پلاستيك مي شود. در اين پژوهش نمونه‌هايي از جنس فولاد قالب تزريق پلاستيك20P در سه دماي 450، 500 و 550 درجه سانتيگراد و چهار زمان 5/2، 5، 5/7 و 10 ساعت و تركيب گاز %H2 25 %N2 -75 با استفاده از دستگاه نيتروژن‌دهي پلاسمايي پالسي جريان مستقيم در مقياس نيمه صنعتي نيتروژن دهي شدند. بررسي متالوگرافي نمونه‌ها، توسط ميكروسكوپ نوري و الكتروني روبشي و تشخيص فازهاي تشكيل شده در سطح به وسيله آناليز تفرق اشعه ايكس انجام شد. همچنين تغييرات ريزسختي از سطح به عمق نمونه‌ها اندازه گيري شد. نتايج نشان دهنده افزايش عمق و سختي لايه نيتريدي با افزايش پارامترهاي دما و زمان نيتروژن دهي بود. مطابق با نتايج SEM در دماها و زمان هاي پايين، فصل مشترك لايه تركيبي و منطقه نفوذي ناهموار و متشكل از تيغه هاي كاربونيتريدي بود كه در جهت هاي مرجح رشد يافته بودند، اما با افزايش دما فصل مشترك هموارتر شد. نتايج آناليز EDS از اين منطقه نشان داد كه در نيتروژن دهي پلاسمايي فولاد 20P نفوذ كربن به سمت سطح و نفوذ نيتروژن به سمت عمق روي داده است. مطابق با نتايج XRD فاز نيتريد اپسيلن به عنوان فاز نيتريدي غالب در همه شرايط زماني و دمايي انجام فرآيند تشكيل شده است.

Plasma nitriding could improve the lifecycle of plastic mould steels by modifying the surface layers. In this study, the effects of time and temperature of plasma nitriding on plasma nitriding behavior of plastic injection moulding steel P20 were studied. In this regard, pulsed plasma nitriding treatment was performed on P20 samples at different processing temperatures such as 450, 500 and 550 ?C for 2.5, 5, 7.5 and 10 h at gas mixture of 75% N2 - 25% H2. Diffusion zone and compound layer were studied by optical and scanning electron microscopy and the crystallographic phases on surface were determined by X-ray diffraction analysis. Also, micro hardness changes from surface to core of the samples were determined. Results have shown that by increasing treatment temperature and time, nitrided layer thickness and hardness were increased respectively. The SEM results showed that the interface of the compound layer and the diffusion layer formed on the sample treated at higher temperatures were more uniform than those treated at lower temperatures. Regarding the results of EDS, during the ion nitriding of P20 upward diffusion of the carbon and the downward diffusion of the nitrogen have been occurred. XRD results have shown that in all the process parameters ?-nitride was the most forming phase.